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基于采煤机DSP主控平台的自动调高预测控制

作　者: 张伟
导　师: 苏剑波；高志明
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制工程
关键词: 采煤采煤机自动调高预测控制
分类号: TD632
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 399次
引　用: 6次
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内容摘要

煤炭井工开采中,最核心设备是工作面的支架、运输机和采煤机。采煤机是较复杂的、属于技术含量较高的核心机电设备。为了煤炭生产的安全、高产和高效,目前已经实现了支架运输机的联动自动化,而采煤机还没有实现联动和自动驾驶。采煤机自动驾驶中已实现了行走自动化,目前最需要解决的是滚筒调高自动化。本文就该课题展开了研究。关于采煤机自动调高的研究,国内外自上世纪七十年代就开始了,主要集中在煤岩分界方法和传感器研发制造方面,而随着电子通信技术的发展,采煤机的主控系统平台也在升级换代,因此出现了在高性能微机控制平台上实现的记忆截割等技术,实际上类似于现代机器人原理。国内采煤机目前也实现了主控系统的升级换代,尤其以我公司的基于DSP技术的主控系统平台为典型。本课题围绕国外记忆截割原理,加以消化改进,在该平台上以模块化的方式进行实现的。本文在模型建立和系统实现中也引入了一些新方法,具体研究如以下几方面所述:首先整理综述了采煤机滚筒自动调高的历史研究状况,分别介绍了各类方法的优缺点,针对技术的发展,提出了新的解题思路。其次选择现代通用总体布置的采煤机,对其滚筒调高方式进行数学建模。然后针对实际工况的各种干扰情况进行改进,确定了较符合实际的调高数学模型,同时为各类研究方法提供了一个理论依据。第三,根据采煤机姿态控制的需要,梳理了矿用传感器的选择原则。通过方案对比,选择采用了倾角和位置等传感器,通过样机试用取得良好效果。此外针对部分传感器还进行了零点修正和温度补偿,从而建立了采煤机的姿态检测系统。第四,提出按照预测控制MAC模型进行调高控制,详细阐述了控制策略设计要点,并引入了灰色预测模型对预测反馈通道进行建模。根据需要,采用改进的灰色预测模型进行采高预测。该模型除了引入工作面采高信息,还特别引入了已成巷道的煤层高度信息进行运算,通过对比运算,以调整次数较少而优于国外的记忆切割法。最后结合采煤机DSP主控系统的开发,引入同类型DSP芯片进行调高模块功能实现设计。文中详细分析了DSP芯片的功能特点、各类接口、设计及PCB制作要点。此外对系统方面、预测模型算法等进行软件设计并单机调试。通过硬件设计和软件调试,完成了主控系统中调高模块的设计、制作和实验室验证。本课题研究表明,结合现代DSP开发技术和预测控制理论的应用,采煤机滚筒自动调高技术可望取得跨越式进步,能够在复杂的采煤工作面得以实现。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-21
  1.1 课题研究的背景和意义  12-14
  1.2 国内外技术现状分析  14-19
  1.3 本文主要研究内容  19-20
  1.4 本章小结  20-21
第二章采煤机自动调高数学模型  21-26
  2.1 调高模型的建立  21-22
  2.2 模型的干扰及纠正措施  22-25
  2.3 模型的适用范围  25
  2.4 本章小结  25-26
第三章姿态检测系统建立  26-34
  3.1 传感器的选用  26-32
    3.1.1 传感器矿用选型原则  26-27
    3.1.2 位置传感器  27-29
    3.1.3 倾角传感器  29-32
  3.2 传感器安装位置  32-33
  3.3 本章小结  33-34
第四章控制流程设计及预测模型的建立  34-49
  4.1 预测控制的提出  34
  4.2 控制策略设计  34-35
  4.3 预测输出设计  35-48
    4.3.1 灰色理论基础概念  37-39
    4.3.2 灰色预测模型  39-41
    4.3.3 系统仿真  41-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章调高模块的系统设计  49-67
  5.1 国产采煤机DSP 主控系统平台介绍  49
  5.2 自动调高模块系统各个部分综述  49-51
  5.3 主控制器设计  51-54
    5.3.1 系统要求分析  51
    5.3.2 DSP 控制器TM5320F2812 的特点  51-53
    5.3.3 系统时钟设计  53-54
  5.4 系统电源设计  54-55
  5.5 外扩存储器设计  55-59
    5.5.1 常见存储方式  55-57
    5.5.2 外扩方案  57-59
  5.6 通信接口设计  59-62
    5.6.1 SCI 接口  59-60
    5.6.2 控制器局域网（CAN）  60-61
    5.6.3 SPI 接口  61-62
  5.7 CPLD 模块设计  62-63
  5.8 可靠性与抗干技术  63-66
    5.8.1 控制系统可靠性设计  63-65
    5.8.2 控制系统抗电磁干扰设计  65-66
  5.9 本章小结  66-67
第六章软件设计与调试  67-75
  6.1 DSP 软件开发基础  67-68
  6.2 软件设计  68-72
    6.2.1 下位机软件设计  68-71
    6.2.2 上位机软件设计  71-72
  6.3 软硬件调试  72-74
    6.3.1 控制算法调试  72
    6.3.2 硬件调试  72-73
    6.3.3 通信部分调试  73-74
    6.3.4 控制软件调试  74
  6.4 本章小结  74-75
第七章全文总结  75-77
  7.1 主要结论  75
  7.2 进一步工作展望  75-77
参考文献  77-81
附录  81-84
致谢  84-86
作者在攻读工程硕士期间撰写的论文  86

基于采煤机DSP主控平台的自动调高预测控制

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