内容简介
本书系统阐述了刮板输送机多永磁电机串联驱动控制理论及关键技术。全书共分六章，主要内容包括：刮板输送机控制技术研究现状与多永磁驱动理论框架、多点驱动动力学建模与永磁同步电机矢量控制策略、多电机协同控制优化方法、链传动系统多工况动态特性分析、非均匀负载自适应调控技术，以及故障工况下的健康监测与容错控制方法。本书融入了离散单元法、滑模控制、自抗扰控制等先进理论，通过MATLAB/Simulink 仿真模型与典型案例，揭示了复杂工况下的机电耦合规律，为刮板输送机多永磁电机串联驱动系统的高效、稳定、智能化运行提供了系统性解决方案。
本书突出理论创新与工程应用的结合，涵盖负载时空分布预测、多智能体协同调控等学术热点，涉及节能降耗设计、故障自愈实现等工程实践，研究成果可推广至矿山、隧道工程等多个场景。本书可为煤矿装备智能化领域的科研人员、工程技术人员提供理论指导，也可作为高校机械工程、自动化、矿山机电等专业的研究生教材或参考用书。
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目录
目录
第1章绪论1
1.1引言1
1.2刮板输送机控制理论的研究背景3
1.2.1刮板输送机驱动技术发展现状3
1.2.2永磁同步电机驱动系统研究现状7
1.2.3刮板输送机动力学分析8
1.2.4刮板输送机多电机协同控制技术10
1.3多永磁电机串联驱动刮板输送机理论的提出11
1.3.1多永磁电机串联驱动刮板输送机基本概念11
1.3.2理论意义和工程价值12
第2章刮板输送机多点驱动动力学特性14
2.1多永磁电机串联驱动刮板输送机动力学建模方法14
2.1.1基本假设14
2.1.2离散化黏弹性模型选择15
2.1.3多永磁电机串联驱动刮板输送机动力学方程16
2.2多永磁电机串联驱动刮板输送机动力学输送特性21
2.3多永磁电机串联驱动刮板输送机动力学模型建立25
2.3.1动力学模型技术参数25
2.3.2动力学模型建立26
2.4永磁同步电机矢量控制策略27
2.4.1永磁同步电机工作原理27
2.4.2永磁同步电机数学模型及坐标变换29
2.4.3永磁同步电机矢量控制模型34
2.5刮板输送机多永磁电机串联驱动系统机电耦合动力学特性42
2.5.1系统机电耦合模型建立43
2.5.2启动工况下系统动态特性分析47
2.5.3冲击载荷下系统动态特性分析53
第3章刮板输送机多永磁电机串联驱动系统协同控制策略研究64
3.1常用多电机协同控制策略64
3.1.1主从控制策略64
3.1.2偏差耦合控制策略67
3.2基于滑模控制的多电机协同控制策略研究69
3.2.1滑模控制原理71
3.2.2基于改进趋近律的滑模控制设计73
3.2.3滑模转矩观测器设计76
3.2.4控制策略效果分析81
第4章多永磁电机串联驱动刮板输送机链传动系统多工况特性研究90
4.1链传动系统动力学建模及分析90
4.1.1链传动系统运动特性分析90
4.1.2链传动系统碰撞过程分析95
4.1.3链传动系统动力学方程构建101
4.2链传动系统接触特性分析103
4.2.1链环接触特性分析103
4.2.2机头链轮与链环接触分析109
4.2.3中间链轮与链环接触分析114
4.3链传动系统启制动特性分析120
4.3.1多永磁电机串联驱动刮板输送机链传动系统动力学模型构建120
4.3.2链传动系统启动特性分析123
4.3.3链传动系统制动特性分析139
4.4异常工况下链传动系统的动力学特性分析145
4.4.1局部电机失效动力学分析145
4.4.2卡链工况动力学分析152
4.4.3异常落煤冲击载荷动力学分析161
第5章时空非均匀负载刮板输送机多永磁电机串联驱动协同控制策略170
5.1引言170
5.2刮板输送机煤流动态分布模型171
5.2.1落煤负载时空分布模型171
5.2.2转矩调节173
5.3基于负载时空分布预测模型的多电机自适应控制174
5.3.1控制目标174
5.3.2转矩自适应调节174
5.3.3煤流负载预测175
第6章故障工况下刮板输送机多永磁电机自适应协同控制方法177
6.1引言177
6.2多永磁电机串联驱动刮板输送机常见故障179
6.2.1刮板链系统故障原因分析179
6.2.2驱动系统故障原因分析185
6.2.3其他故障185
6.3多永磁电机串联驱动刮板输送机健康状态监测技术187
6.3.1多永磁电机串联驱动刮板输送机健康状态监测系统设计188
6.3.2链条张力脉动实时监测与控制198
6.4多永磁电机自适应协同控制方法204
6.4.1系统描述205
6.4.2多永磁电机串联驱传伺服系统数学模型206
6.4.3自适应滑模故障观测器设计207
6.4.4故障电机自动切断机制210
参考文献214
试读
无
前言/序言
在全国工业智能化浪潮下，煤炭行业作为我国重要的能源行业，积极进行智能化建设是大势所趋，也是煤矿企业实施创新驱动、价值创造战略的自身要求，而智能易控、可靠性高的装备又是煤矿智能化建设的关键和基础。其中，煤矿智能化装备高效输送、故障诊断及自愈实现、自主协调控制成为当前的研究热点问题和重点任务，创新煤矿高可靠性驱动与传动的原理和构型也成为我国高端输送系统发展的迫切需求。刮板输送机作为煤炭生产中的重要运输设备，担负了采煤工作面运、装、卸煤的重要任务，但其由于工作环境恶劣、工况条件苛刻、运行时间长、润滑条件差，存在链条张力波动大、磨损严重、断链事故频发，以及停产更换周期长，可造成巨大经济损失等问题。因此，开展新型智能高可靠性输送机理及装备的研究，具有极为重要的理论意义和工程实践价值。
本书提出了刮板输送机多永磁电机串联驱动输送及协同控制技术，其目的是揭示永磁电机多点驱动链条动张力平衡机理，寻求多永磁电机驱动同步控制与创新设计方法，完成煤矿刮板输送机智能化开采的基础性理论研究工作。多永磁电机串联驱动刮板输送机工作模式类似于现有高速铁路动车组的多动力段驱动模式，输送效率和可靠性高，并且其基于多电机驱动协同一体化调控，可降低无负载段的功率输出和实现节能，智能化程度更高。近些年，针对刮板输送机的研究多侧重于链条张力动态测试、输送机理、结构强度分析等方面，但以上测试方法和模型仅解决了一定条件下刮板输送机的初步强度问题，而在智能截割三角煤、设备高可靠性运行、自适应调控等方面，均无法达到理想效果，进而造成诸多难题，例如：刮板输送机驱动部分外形尺寸大，导致截割三角煤区域困难，通风有效断面积减小；任一台驱动电机出现故障，都会导致刮板输送机无法正常运转，严重影响煤炭生产；刮板输送机功率增加，链轮直径加大，材料成本增加，空载能耗高；在运行中刮卡、冲击现象严重，极易导致传动元件如链条、链轮轮齿等过载断裂；刮板输送机启动困难，对电网造成的影响大，无法实现驱动功率与煤量的精准平衡；等等。为实现多永磁电机串联驱动刮板输送机在极端工况下的高可靠性输送及智能调控，急需对其驱动系统和传动系统耦合作用的多体动力学输送机理、非线性强时变系统耦合动力学模型、多智能体的容错分配控制、多电机驱动与输送特性协同一体化调控方法等进行深入研究。
刮板输送机多永磁电机串联驱动控制理论在编写过程中，作者对本书的结构和内容进行了多次优化调整，以更好地服务于不同读者群体。本书围绕多永磁电机串联驱动刮板输送机系统的控制与动态特性展开，系统性地介绍了该领域的关键技术与研究成果。具体内容安排如下：
第1章对刮板输送机控制技术的国内外研究现状进行综述，阐明多永磁电机串联驱动刮板输送机的基本概念，明确研究背景与技术发展趋势，为全书奠定理论基础。
第2章介绍负载动力学建模的基本理论和永磁同步电机的矢量控制原理，通过阐释建模方法与电机控制策略，为刮板输送机系统的精确控制提供技术支撑。
第3章探讨多永磁电机串联驱动刮板输送系统的转速协同与功率平衡控制策略，针对多永磁电机串联驱动中的协同控制问题，提出优化策略，以提升系统运行的稳定性和协调性。
第4章聚焦链传动系统的动力学建模，详细分析系统在多工况下的动态特性，揭示链传动系统的振动与耦合特性，为提升系统动态响应性能提供理论依据。
第5章针对截割落煤过程中刮板输送机的非均匀负载特性，提出多电机非等强结构设计方案，阐述设计方法并进行性能分析，以增强系统在复杂负载条件下的适应性与能效。
第6章探索多永磁电机串联驱动刮板输送机的健康状态监测与容错控制方法，研究故障检测、诊断及容错策略，确保系统在出现电机故障时依然能稳定运行，提高系统的可靠性与安全性。
本书所阐述的刮板输送机多永磁电机串联驱动输送机理及自主协同调控机制的理论研究成果，不仅可以应用于煤矿生产，还可以用于指导金属矿山、化工矿山、铁路与公路隧道、水利水电隧洞及硐室、城市地下空间等地下工程的开展，同时，对理解多电机分布控制及同步性控制具有重要理论意义和工程实践价值。此外，从煤矿长远利益来看，该项研究成果对于智能化输送和故障自愈实现具有推进作用，也符合我国的长远发展战略目标。
本书融入了作者长期在矿山采掘装备及智能化领域的研究工作成果。在此，特别感谢国家自然科学基金重点项目“刮板输送机永磁串联驱动输送机理及多智能体系统自主调控机制”（5223000784）、“刮板输送机多永磁电机协同驱动的张力脉动特性与主动控制”（52374158）、“应力与腐蚀耦合作用下链传动系统剩余寿命预测研究”（52404172），国家自然科学基金面上项目“坚硬煤层高压注水预裂与截割协同开采及过程调控研究（52174120）、“低照度环境下多路卷积神经网络的煤岩界面多光谱识别”（52174144），国家自然科学基金青年科
