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针对煤矿通风系统的非线性、强耦合、多干扰等特性,设计了一种模糊预测控制器来实现对风机的变频调速, 使矿井内风压保持恒定。该控制器的设计在动态矩阵控制的基础上将模糊控制和预测控制相结合,先利用 T-S模糊模型预测系统输出,再利用模糊推理修正模糊模型的预测输出,最终使控制器的输出满足系统要求。最后对系统进行仿真,结果表明:所设计的控制器具有较好的稳态精度和动态特性,有效改善了矿井内风压的控制性能。
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第 28 卷 第 5 期
2009 年 10 月
Vol28 No5
Oct2009
l52
Journal of Shandong University of Science and Technology
Natural Science
风 机 调 速 系 统 模 糊 预 测 控 制 器 的 设 计 与 仿 真
陈霞
李新卫
房绪鹏
刘斌
山东科技大学 信息与电气工程学院山东 青岛 山东曲阜小雪镇中学山东 曲阜
摘要针对煤矿通风系统的非线性强耦合多干扰等特性设计了一种模糊预测控制器来实现对风机的变频调速
使矿井内风压保持恒定 该控制器的设计在动态矩阵控制的基础上将模糊控制和预测控制相结合先利用 TS 模糊
模型预测系统输出再利用模糊推理修正模糊模型的预测输出最终使控制器的输出满足系统要求 最后对系统进
行仿真结果表明所设计的控制器具有较好的稳态精度和动态特性有效改善了矿井内风压的控制性能
关键词风机调速TS 模糊模型预测控制压力控制
中图分类号TP文献标志码A文章编号
Design and Simulation of Fuzzy Predictive Controller in Fan Speed Regulation System
CHEN Xia
LI Xinwei
FANG Xupeng
LIU Bin
College of Information Science and Electrical EngineeringSUSTQingdaoShandong China
Xiaoxue Town Middle SchoolQufuShandong China
Abstract According to the characteristics of nonlinearity strong coupling multidisturbance of the mine ventilation sys
tem a kind of fuzzy predictive controller is designed to realize the variable frequency speed regulation of fans in order to
keep constant wind pressure in minesThis controller combines fuzzy control with predictive control based on dynamic ma
trix controlThe actual output of the system is predicted by using TS fuzzy model and modified by fuzzy inference to accord
with the requirement of the systemThe results from simulation of the controller show that the controller has better steady
state accuracy and dynamic characteristics and can effectively improve the control performance of wind pressure in mines
Key words fan speed regulation TS fuzzy model predictive control pressure control
收稿日期
作者简介陈霞女山东章丘人副教授 主要从事控制理论与控制工程方面的教学与研究
矿井通风系统是一个复杂的系统它与巷道的掘进长度横断面积风筒阻力瓦斯浓度以及井下工作人
员的数量等多方面因素有关
为安全起见矿井通风机的功率一般较大在掘进工作面较短时通风机的
恒速运行容易形成大马拉小车 的局面造成电能的浪费
因此迫切需要通风机根据掘进面的长度井
下人员数量瓦斯浓度等多种因素来变速运行 由于井下环境恶劣各方面情况的不确定性常规控制方法
如 PID 控制由于抗干扰能力差参数调整复杂并且属于事后控制不能根据现场情况随时调整难以满
足控制的需要 另外常规的控制算法是以精确的数学模型为基础的而供风系统具有非线性强耦合大滞
后等特征难以建立精确的数学模型因此常规控制算法难以满足煤矿通风的需要 面对这些情况迫切需
要一类突破传统控制模式的先进控制策略
本文在分析风机调速系统总体结构的基础上设计了一种模糊预测控制器将模糊控制与预测控制相结
合利用 TS 模糊模型预测系统输出克服了所建数学模型易发生的参数失配问题 最后利用 MATLAB 中
的 Simulink 工具对所设计的模糊预测控制器进行了仿真取得较好的效果具有响应快控制精确抗干扰能
力强的优点
1风机调速系统主结构
风机调速系统主要由压力传感器计算机变频器和通风机组等组成如图 所示 井下风压传感器经
变送器转化为 V 的标准电压信号送与计算机模数转换模块经计算机模糊预测控制算法处理后得出
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