CN108374659A - 一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正系统及方法，包括数据采集模块、永磁短程系统在线动态模型辨识模块、控制参量再修正模块和主控系统；在采煤机永磁短程传动系统运行过程中，通过数据采集模块实时采集传动系统的运行数据，并通过永磁短程系统在线动态模型辨识模块对采集的运行数据进行辨识，将辨识结果输入到控制参量再修正模块，然后控制参量再修正模块实时对控制参量进行修正，使实时控制参量与实际运行情况所需的参数相符，然后根据修正后的控制参量由主控系统对永磁短程系统进行调控，从而达到预期的控制效果，有效提高了截割效率，节约了能源，降低了故障率，保证采煤机截割部的安全可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于采煤机的系统及方法，具体是一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正系统及方法。
背景技术
随着矿山机械朝着节能化，智能化，无人化的方向发展，变频节能控制技术及故障诊断技术广泛应用于矿山机械领域中，采煤机作为综采自动化装备之一，其中永磁短程传动系统的故障率直接影响采煤效率与设备安全运行情况。然而目前变频节能控制技术应用时对永磁短程传动系统的参数识别主要是根据系统参数设计首次辨识的变频控制参数，并且故障诊断技术的大部分过程都是通过离线完成的。由于在采煤机截割煤岩过程中，永磁短程传动系统的电机随着运行时长会发热，进而电机系统参数会随温度的变化发生变化，同时末端截割力矩会随着截割煤层的硬度不同而不同，从而所需调控电机的参数也不同，但是目前对电机的系统参数识别始终采用根据系统参数设计首次辨识的变频控制参数，并不能实时根据情况对电机的参数进行调整，因此这种做法存在一种潜在的危险，很难保证控制系统中用到模型数据与实时工况下机器的数据完全匹配，导致设计出来的控制参数与实际不相符，达不到预期的控制效果，无法提高截割效率，节约能源，降低故障率，直接影响采煤机截割部的安全可靠运行。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正系统及方法，能在采煤机永磁短程传动系统的运行过程中，根据采集的实时运行数据对控制参量实时修正，从而可提高截割效率，节约能源，降低故障率，保证采煤机截割部的安全可靠运行。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正系统，包括数据采集模块、永磁短程系统在线动态模型辨识模块、控制参量再修正模块和主控系统，所述数据采集模块对永磁短程传动系统的运行数据进行采集并传递给永磁短程系统在线动态模型辨识模块，所述永磁短程系统在线动态模型辨识模块对数据采集模块采集到的数据进行辨识，辨识结果输入至控制参量再修正模块，所述控制参量再修正模块根据永磁短程系统的辨识结果对永磁短程传动系统的控制参量修正调校，并将修正后的控制参量输出至主控系统，所述主控系统根据修正后的控制参量控制永磁短程传动系统运行。
进一步，所述永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块包括电机系统参数实时辨识单元、末端负载转矩辨识单元和永磁短程系统结构模态辨识单元；所述电机系统参数实时辨识单元将数据采集模块采集到的永磁短程传动系统的运行数据进行实时电机系统参数辨识，并将辨识后的实时电机系统参数结果输入到控制参量再修正模块；所述末端负载转矩辨识单元从数据采集模块采集到的永磁短程传动系统的运行数据中辨识出电机给定输出转矩信号与实际末端负载转矩反馈信号，辨识出的结果输入到控制参量再修正模块；所述永磁短程系统结构模态辨识单元用于对数据采集模块中采集到数据进行齿轮装置的结构模态辨识，将辨识到的结果输入到控制参量再修正模块。
一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正方法，具体步骤为：
A、数据采集：
在永磁短程传动系统运行后，所述数据采集模块实时采集永磁短程传动系统的运行数据，并将运行数据传递给永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块，所述运行数据包括实时电机系统参数、电机给定输出转矩信号、实际末端负载转矩反馈信号、电机转速、齿轮啮合频率和传动系统加速度；
B、数据辨识：
永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块对数据采集模块采集到数据进行读取，电机系统参数实时辨识单元、末端负载转矩辨识单元和永磁短程系统结构模态辨识单元分别读取实时电机系统参数、电机给定输出转矩信号、实际末端负载转矩反馈信号、电机转速、齿轮啮合频率和传动系统加速度进行辨识，并分别将辨识后的数据输入到控制参量再修正模块；
C、控制参量再修正：
控制参量再修正模块将永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块辨识后的各个数据与初始设定的控制参量进行比对分析，并根据辨识的数据对初始设定的控制参量进行修正，修正后将控制参量输入到主控系统；
D、调整永磁短程传动系统的运行：
由主控系统根据修正后的控制参量控制调整永磁短程传动系统的运行数据。
进一步，所述电机系统参数实时辨识单元、末端负载转矩辨识单元和永磁短程系统结构模态辨识单元的具体辨识过程为：
电机系统参数实时辨识单元的辨识过程：从采集的永磁短程传动系统的运行数据中，根据首次辨识到的电机系统参数进行运算处理，然后设置辨识时间间隔为10分钟，每10分钟电机系统参数实时辨识单元自动进行辨识，具体辨识为采用改进的递推最小二乘算法对上一次采集的电机系统参数进行实时参数更新，并将每次辨识的结果输入到控制参量再修正模块；
末端负载转矩辨识单元的辨识过程：从采集的永磁短程传动系统的运行数据中辨识出电机给定输出转矩信号和实际末端负载转矩反馈信号，具体辨识为采用一阶系统加延时环节模型进行等效模拟，通过读取电机输出转矩的给定值与末端负载转矩反馈值的信号，比较得出延迟时间和一阶系统的时间常数，然后将辨识到的数据输入到控制参量再修正模块；
永磁短程系统结构模态辨识单元的辨识过程：从采集的永磁短程传动系统的运行数据中辨识读取包括电机转速、齿轮啮合频率和传动系统加速度的时域信号，并将时域信号转化为频谱信号，得到其功率谱密度分布情况，然后分析出永磁短程传动系统的结构模态，并将其输入到控制参量再修正模块。
进一步，所述控制参量再修正的具体过程为：控制参量再修正模块将永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块辨识后的各个实时运行参数与初始设定的各个控制参量进行吻合，如其中参数存在不吻合情况，则基于实时运行参数重新建立控制参数的再修正模型，并得出再修正模型的各个控制参量，最后将修正的控制参量输入到主控系统。
与现有技术相比，本发明采用数据采集模块、永磁短程系统在线动态模型辨识模块和控制参量再修正模块相结合的方式，在采煤机永磁短程传动系统运行过程中，通过实时采集传动系统的运行数据，并对采集的运行数据进行辨识，将辨识结果输入到控制参量再修正模块，然后控制参量再修正模块实时对控制参量进行修正，使实时控制参量与实际运行情况所需的参数相符，从而达到预期的控制效果，有效提高了截割效率，节约了能源，降低了故障率，保证采煤机截割部的安全可靠运行。
附图说明
图1是本发明的整体系统结构框图；
图2是本发明中永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块的工作原理框图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正系统，包括数据采集模块、永磁短程系统在线动态模型辨识模块、控制参量再修正模块和主控系统，所述数据采集模块对永磁短程传动系统的运行数据进行采集并传递给永磁短程系统在线动态模型辨识模块，所述永磁短程系统在线动态模型辨识模块对数据采集模块采集到的数据进行辨识，辨识结果输入至控制参量再修正模块，所述控制参量再修正模块根据永磁短程系统的辨识结果对永磁短程传动系统的控制参量修正调校，并将修正后的控制参量输出至主控系统，所述主控系统根据修正后的控制参量控制永磁短程传动系统运行。
如图2所示，进一步，所述永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块包括电机系统参数实时辨识单元、末端负载转矩辨识单元和永磁短程系统结构模态辨识单元；所述电机系统参数实时辨识单元将数据采集模块采集到的永磁短程传动系统的运行数据进行实时电机系统参数辨识，并将辨识后的实时电机系统参数结果输入到控制参量再修正模块；所述末端负载转矩辨识单元从数据采集模块采集到的永磁短程传动系统的运行数据中辨识出电机给定输出转矩信号与实际末端负载转矩反馈信号，辨识出的结果输入到控制参量再修正模块；所述永磁短程系统结构模态辨识单元用于对数据采集模块中采集到数据进行齿轮装置的结构模态辨识，将辨识到的结果输入到控制参量再修正模块。
一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正方法，具体步骤为：
A、数据采集：
在永磁短程传动系统运行后，所述数据采集模块实时采集永磁短程传动系统的运行数据，并将运行数据传递给永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块，所述运行数据包括实时电机系统参数、电机给定输出转矩信号、实际末端负载转矩反馈信号、电机转速、齿轮啮合频率和传动系统加速度；
B、数据辨识：
永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块对数据采集模块采集到数据进行读取，电机系统参数实时辨识单元、末端负载转矩辨识单元和永磁短程系统结构模态辨识单元分别读取实时电机系统参数、电机给定输出转矩信号、实际末端负载转矩反馈信号、电机转速、齿轮啮合频率和传动系统加速度进行辨识，并分别将辨识后的数据输入到控制参量再修正模块；
C、控制参量再修正：
控制参量再修正模块将永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块辨识后的各个数据与初始设定的控制参量进行比对分析，并根据辨识的数据对初始设定的控制参量进行修正，修正后将控制参量输入到主控系统；
D、调整永磁短程传动系统的运行：
由主控系统根据修正后的控制参量控制调整永磁短程传动系统的运行数据。
进一步，所述电机系统参数实时辨识单元、末端负载转矩辨识单元和永磁短程系统结构模态辨识单元的具体辨识过程为：
电机系统参数实时辨识单元的辨识过程：从采集的永磁短程传动系统的运行数据中，根据首次辨识到的电机系统参数进行运算处理，然后设置辨识时间间隔为10分钟，每10分钟电机系统参数实时辨识单元自动进行辨识，具体辨识为采用改进的递推最小二乘算法，所述改进的递推最小二乘算法引入递归公式并利用矩阵取逆原理[A+B·C·D]-1＝A-1-A-1·B·[D·A-1·B+C-1]-1·D·A-1,将现有的递推最小二乘算法化简，最后引入遗忘因子，所述遗忘因子取值范围在0.95-0.99之间，从而对上一次采集的电机系统参数进行实时参数更新，并将每次辨识的结果输入到控制参量再修正模块；
末端负载转矩辨识单元的辨识过程：从采集的永磁短程传动系统的运行数据中辨识出电机给定输出转矩信号和实际末端负载转矩反馈信号，具体辨识为采用一阶系统加延时环节模型进行等效模拟，通过读取电机输出转矩的给定值与末端负载转矩反馈值的信号，比较得出延迟时间和一阶系统的时间常数，然后将辨识到的数据输入到控制参量再修正模块；
永磁短程系统结构模态辨识单元的辨识过程：从采集的永磁短程传动系统的运行数据中辨识读取包括电机转速、齿轮啮合频率和传动系统加速度的时域信号，并将时域信号转化为频谱信号，得到其功率谱密度分布情况，然后分析出永磁短程传动系统的结构模态，并将其输入到控制参量再修正模块。
进一步，所述控制参量再修正的具体过程为：控制参量再修正模块将永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块辨识后的各个实时运行参数与初始设定的各个控制参量进行吻合，如其中参数存在不吻合情况，则基于实时运行参数重新建立控制参数的再修正模型，并得出再修正模型的各个控制参量，最后将修正的控制参量输入到主控系统。
Claims (5)
1.一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正系统，其特征在于，包括数据采集模块、永磁短程系统在线动态模型辨识模块、控制参量再修正模块和主控系统，所述数据采集模块对永磁短程传动系统的运行数据进行采集并传递给永磁短程系统在线动态模型辨识模块，所述永磁短程系统在线动态模型辨识模块对数据采集模块采集到的数据进行辨识，辨识结果输入至控制参量再修正模块，所述控制参量再修正模块根据永磁短程系统的辨识结果对永磁短程传动系统的控制参量修正调校，并将修正后的控制参量输出至主控系统，所述主控系统根据修正后的控制参量控制永磁短程传动系统运行。
2.根据权利要求1所述的一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正系统，其特征在于，所述永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块包括电机系统参数实时辨识单元、末端负载转矩辨识单元和永磁短程系统结构模态辨识单元；所述电机系统参数实时辨识单元将数据采集模块采集到的永磁短程传动系统的运行数据进行实时电机系统参数辨识，并将辨识后的实时电机系统参数结果输入到控制参量再修正模块；所述末端负载转矩辨识单元从数据采集模块采集到的永磁短程传动系统的运行数据中辨识出电机给定输出转矩信号与实际末端负载转矩反馈信号，辨识出的结果输入到控制参量再修正模块；所述永磁短程系统结构模态辨识单元用于对数据采集模块中采集到数据进行齿轮装置的结构模态辨识，将辨识到的结果输入到控制参量再修正模块。
3.一种利用权利要求1所述的用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正系统的修正方法，其特征在于，具体步骤为：
A、数据采集：
在永磁短程传动系统运行后，所述数据采集模块实时采集永磁短程传动系统的运行数据，并将运行数据传递给永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块，所述运行数据包括实时电机系统参数、电机给定输出转矩信号、实际末端负载转矩反馈信号、电机转速、齿轮啮合频率和传动系统加速度；
B、数据辨识：
永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块对数据采集模块采集到数据进行读取，电机系统参数实时辨识单元、末端负载转矩辨识单元和永磁短程系统结构模态辨识单元分别读取实时电机系统参数、电机给定输出转矩信号、实际末端负载转矩反馈信号、电机转速、齿轮啮合频率和传动系统加速度进行辨识，并分别将辨识后的数据输入到控制参量再修正模块；
C、控制参量再修正：
控制参量再修正模块将永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块辨识后的各个数据与初始设定的控制参量进行比对分析，并根据辨识的数据对初始设定的控制参量进行修正，修正后将控制参量输入到主控系统；
D、调整永磁短程传动系统的运行：
由主控系统根据修正后的控制参量控制调整永磁短程传动系统的运行数据。
4.根据权利要求3所述的一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正方法，其特征在于，所述电机系统参数实时辨识单元、末端负载转矩辨识单元和永磁短程系统结构模态辨识单元的具体辨识过程为：
电机系统参数实时辨识单元的辨识过程：从采集的永磁短程传动系统的运行数据中，根据首次辨识到的电机系统参数进行运算处理，然后设置辨识时间间隔为10分钟，每10分钟电机系统参数实时辨识单元自动进行辨识，具体辨识为采用改进的递推最小二乘算法对上一次采集的电机系统参数进行实时参数更新，并将每次辨识的结果输入到控制参量再修正模块；
末端负载转矩辨识单元的辨识过程：从采集的永磁短程传动系统的运行数据中辨识出电机给定输出转矩信号和实际末端负载转矩反馈信号，具体辨识为采用一阶系统加延时环节模型进行等效模拟，通过读取电机输出转矩的给定值与末端负载转矩反馈值的信号，比较得出延迟时间和一阶系统的时间常数，然后将辨识到的数据输入到控制参量再修正模块；
永磁短程系统结构模态辨识单元的辨识过程：从采集的永磁短程传动系统的运行数据中辨识读取包括电机转速、齿轮啮合频率和传动系统加速度的时域信号，并将时域信号转化为频谱信号，得到其功率谱密度分布情况，然后分析出永磁短程传动系统的结构模态，并将其输入到控制参量再修正模块。
5.根据权利要求4所述的一种用于采煤机的动态辨识及控制参量再修正方法，其特征在于，所述控制参量再修正的具体过程为：控制参量再修正模块将永磁短程传动系统在线动态模型辨识模块辨识后的各个实时运行参数与初始设定的各个控制参量进行吻合，如其中参数存在不吻合情况，则基于实时运行参数重新建立控制参数的再修正模型，并得出再修正模型的各个控制参量，最后将修正的控制参量输入到主控系统。
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