[發明專利]帶式輸送機的低階建模方法、裝置及存儲介質

有效

• 申請號: 202111591727.8
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114254459B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 楊春雨;陳斌;卜令超;曹博仕
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23
• 代理公司: 無錫知更鳥知識產權代理事務所(普通合伙) 32468
• 代理人: 張濤

1.一種帶式輸送機的低階建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，利用有限元方法建立帶式輸送機有限元模型；

步驟2，建立帶式輸送機高階復雜有限元模型；

步驟3，分析帶式輸送機高階復雜有限元模型的動態特性，合并相似動態特性的微元段；

步驟4，根據帶式輸送機的動態特性分析結果就計算得到帶式輸送機模型簡化矩陣；

步驟5，根據得到的模型簡化矩陣，對帶式輸送機的高階復雜有限元模型進行變換，得到帶式輸送機低階有限元模型；

步驟1建立帶式輸送機有限元模型的方法為：帶式輸送機的輸送帶是一個環狀閉合結構，將其從一端張開，形成一個水平帶狀結構，接著，將其總長度等距離劃分為n段加1個重錘微元段，重錘單獨作為一段；由于輸送帶是具有顯著粘彈特性的膠帶，需要將每一段采用Vogit模型加質量塊作為等效模型，其中，Vogit模型是由一個彈簧器與一個阻尼器并聯組合而成；然后，將每一段的質量等效為一個質量塊，并和Vogit模型串聯在一起，就組成了每一段的有限元模型；最后，將所有微元段的有限元模型組合在一起即為帶式輸送機的有限元模型；其中n為大于1的整數。

2.根據權利要求1所述的帶式輸送機的低階建模方法，其特征在于，步驟2建立帶式輸送機高階復雜有限元模型的方法為：基于牛頓運動力學第二定律建立帶式輸送機的運動學方程，聯立步驟1所建立的帶式輸送機有限元模型，以及加載到帶式輸送機上的驅動力方程，得到帶式輸送機的高階復雜有限元模型。

3.根據權利要求2所述的帶式輸送機的低階建模方法，其特征在于，所述步驟3和步驟4的具體步驟包括：提取帶式輸送機高階復雜有限元模型的速度信息、位移信息、加速度信息、動張力信息；根據建立的帶式輸送機復雜高階有限元模型建立有限元仿真模型，每一個微元段使用一個模塊來等效，模塊的數量等于微元段的數量；接著，將有限元仿真模型與驅動力方程組成帶式輸送機仿真模型；根據建立的帶式輸送機仿真模型進行實驗，研究帶式輸送機在啟動以及平穩運行過程中的位移、速度、加速度、動張力的動態特性，找出動態特性相似的微元段；最后，將相似動態特性的微元段進行合并，形成不等分的帶式輸送機有限元模型，得到模型簡化矩陣。

4.根據權利要求3所述的帶式輸送機的低階建模方法，其特征在于，所述帶式輸送機高階復雜有限元模型具體通過下式表示：

其中，為帶式輸送機高階復雜有限元模型的狀態變量，由每個微元段的速度矩陣和位移矩陣S構成，階數為2n+2；表示x的導數；為帶式輸送機高階復雜有限元模型的系統矩陣，由每個微元段的等效質量矩陣M、阻尼系數矩陣C、彈性系數矩陣K以及單位矩陣I構成；為帶式輸送機高階復雜有限元模型的控制矩陣；為帶式輸送機高階復雜有限元模型的輸出矩陣，取第一段的速度作為模型的輸出；y為帶式輸送機高階復雜有限元模型的輸出量；u＝F_M-f為控制變量，表示加載到帶式輸送機上的驅動力，F_M是電機驅動力，f是摩擦力。

5.根據權利要求4所述的帶式輸送機的低階建模方法，其特征在于，步驟5所述帶式輸送機低階有限元模型具體通過下式表示：

其中，r為帶式輸送機低階有限元模型的階數；為所述帶式輸送機低階有限元模型的狀態變量，由每個微元段的速度矩陣和位移矩陣S_r構成，階數為2r；T為模型簡化矩陣；為帶式輸送機低階有限元模型的系統矩陣，由每個微元段的等效質量矩陣M_r、阻尼系數矩陣C_r、彈性系數矩陣K_r和單位矩陣I構成；為帶式輸送機低階有限元模型的控制矩陣；為帶式輸送機低階有限元模型的輸出矩陣，取第一段的速度作為模型的輸出；y_r為帶式輸送機低階有限元模型的輸出量；u＝F_M-f為控制變量，表示加載到帶式輸送機上的驅動力。

6.根據權利要求5所述的帶式輸送機的低階建模方法，其特征在于，帶式輸送機系統的驅動方式包括單端驅動、兩端驅動，單端驅動的帶式輸送機低階有限元模型的階數為5階，兩端驅動的帶式輸送機低階有限元模型的階數為6階。