[發(fā)明專利]帶式輸送機的低階建模方法、裝置及存儲介質(zhì)

有效

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• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114254459B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊春雨;陳斌;卜令超;曹博仕
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32468
• 代理人: 張濤

本發(fā)明公開了一種帶式輸送機低階動力學(xué)模型的建模方法、裝置及存儲介質(zhì)，該方法包括：利用有限元方法建立帶式輸送機有限元模型；基于牛頓第二定律建立帶式輸送機高階復(fù)雜有限元模型；分析帶式輸送機高階復(fù)雜有限元模型的動態(tài)特性，合并相似動態(tài)特性的微元段；根據(jù)動態(tài)特性分析結(jié)果計算得到帶式輸送機模型簡化矩陣；使用模型簡化矩陣對高階復(fù)雜有限元模型進行變換，得到帶式輸送機的低階有限元模型。相較于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)降階方法，該低階模型是從物理層面對復(fù)雜的有限元模型進行簡化，物理意義更加明確，更適用于工業(yè)過程控制的要求。本發(fā)明對多種類型的輸送機具有較高的適應(yīng)性，且不需要大量的矩陣操作，滿足精度要求的同時具有高效計算的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及帶式輸送機控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種帶式輸送機的低階建模方法、裝置及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和工業(yè)化進程的加速，我國煤炭需求與日俱增，促使了智慧礦山產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。帶式輸送機作為智慧礦山運輸?shù)闹饕O(shè)備，具有運輸能力強、運輸距離遠、結(jié)構(gòu)簡單、方便檢修等特點，是運輸散裝物料的理想設(shè)備。為了適應(yīng)煤炭需求的快速增加，帶式輸送機朝著長距離方向快速發(fā)展，輸送帶的長度已經(jīng)超過一千多米了。所以能對大規(guī)模長距離的帶式輸送機系統(tǒng)進行快速有效的仿真與分析是對帶式輸送機設(shè)計自動化相關(guān)領(lǐng)域提出的一項新挑戰(zhàn)。

對帶式輸送機進行仿真分析需要對原始帶式輸送機系統(tǒng)建立精確的數(shù)學(xué)模型。然而，傳統(tǒng)的設(shè)計方法是將輸送帶視為剛體，依據(jù)牛頓剛體力學(xué)進行分析研究，已經(jīng)無法滿足實際設(shè)計所要求的精度，無法體現(xiàn)出帶式輸送機自身固有的動態(tài)特性。隨著帶式輸送機的輸送帶長度的快速增加，帶式輸送機的動態(tài)特性愈發(fā)明顯。實際上，輸送帶是具有粘彈特性的，即速度、加速度和動張力在輸送帶上的傳遞過程是需要一段時間的。利用有限元方法將其等效為若干個微元段，每個微元段使用彈性元件和阻性元件等價，可以很好的體現(xiàn)出實際輸送帶的物理特性和動態(tài)特性。

現(xiàn)有的方法是將實際帶式輸送機輸送帶分解成若干段，理論上段數(shù)越多，對輸送帶的研究分析越細致，越精確。但是，依此建立的數(shù)學(xué)模型的階次就越高，數(shù)據(jù)的運算量越大，對其的分析研究工作也越繁重。除此之外，根據(jù)高階復(fù)雜模型來設(shè)計控制器會帶來大量的計算量，對控制系統(tǒng)造成大量的負擔，甚至不能及時控制帶式輸送機系統(tǒng)。

模型降階技術(shù)是解決此類問題的一種非常有效的手段，其目的是剔除原始大規(guī)模系統(tǒng)中的冗余信息，尋找一個近似的較小的降階系統(tǒng)，該降階系統(tǒng)能很好的近似原始系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，并且能保留原始系統(tǒng)的主要性質(zhì)，例如無源性，穩(wěn)定性等。但是，數(shù)學(xué)上的降階方法會改變降階模型的物理特性，使得系統(tǒng)的狀態(tài)不可測，需要添加額外的觀測器。同時，其模型降階的運算過程，一般需要計算許多函數(shù)的求解和矩陣的逆運算，計算量較大。而且，其降階過程都是離線運行的，在線控制時無法有效應(yīng)對實際環(huán)境中的干擾和系統(tǒng)參數(shù)的變化，無法滿足實際系統(tǒng)的需要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，有必要提供一種帶式輸送機的低階建模方法、裝置及存儲介質(zhì)，用以解決如何在保持輸送帶高階模型的相關(guān)重要指標和物理特性不變的前提下，構(gòu)造一個階次相對較低，結(jié)構(gòu)相對簡單的低階模型的問題。

本發(fā)明提供的帶式輸送機的低階建模方法包括：

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(fù)雜有限元模型；

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

步驟4，根據(jù)帶式輸送機的動態(tài)特性分析結(jié)果就計算得到帶式輸送機模型簡化矩陣；

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