[发明专利]一种自适应排瓦斯的矿用局部通风系统及方法

权利要求书

1.一种自适应排瓦斯的矿用局部通风方法，其特征在于，瓦斯传感器采集巷道中的瓦斯含量数据，经过A/D转换，传输到模糊PID控制器中，对数据预处理，将瓦斯浓度偏差量e和浓度偏差变化率ec作为二维输入，通过模糊化、模糊推理机和解模糊操作，输出控制函数u，再将u值经D/A转换传输给PLC风机控制器模块，PLC风机控制器模块直接与变频器的功率进行匹配，把控制数据写入变频器，解算控制变频器的功率，变频器改变频率，调节局部通风机电机转速，使局部通风机风速适应瓦斯浓度。

2.如权利要求1所述的一种自适应排瓦斯的矿用局部通风方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过甲烷传感器测得矿井下甲烷含量，与预先设定的矿井下瓦斯浓度的标准值进行对比计算，计算得出瓦斯浓度偏差量e和瓦斯浓度偏差变化率ec，e论域为[-.075％,0.75％]，ec论域为[-1.5％,1.5％]，

e＝m₁-p

其中m₁为甲烷传感器值，p为常数，且瓦斯浓度大于0.75％时必须进行检查，

e₁为下一时刻瓦斯浓度偏差量，e₂为上一时刻瓦斯浓度偏差量，

t为采样时间间隔，t取1秒；

步骤二、将步骤一计算得到e和ec作为输入量，输入到MATLAB程序中，运行得出瓦斯浓度偏差量模糊量E及瓦斯浓度偏差变化率模糊量EC，并得到它们各自所占的7个隶属度，确定输入输出变量语言值的7个模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，

再利用得到的隶属度及对应隶属度的横坐标，输入以下方程中，

其中y为模糊控制器的输出PID参数的修正因子；u_Ai(x)、u_Bi(y)表示求出的隶属度，Z_i表示对应隶属度的横坐标；由模糊规则表中找出输出值所对应的隶属度；选取传递函数，其中K_p,K_i、K_d分别是比例增益、积分和微分时间常数，采用Z-N方法，设置PID参数初值为K_P0＝1.2*T/(K*τ)，K_i0＝2*τ，K_d0＝0.5*τ，其中取比例系惯性常数T＝1及纯时间延迟常数τ＝065；

K_p、K_d的调整范围由下确定：

K_pmin＝0.32K_u

K_pmax＝0.6K_u

K_dmin＝0.32T_u

K_dmax＝0.47T_u

K_p∈[K_pmin,K_pmax]

K_d∈[K_dmin,K_dmax]

K_u为在比例控制下系统临界稳定状态时控制器的增益，

T_u为在比例控制下系统临界稳定状态时系统响应震荡周期，

K_pmin为在比例控制下系统临界稳定状态时最小值，

K_pmax为在比例控制下系统临界稳定状态时最大值，

K_dmin为在微分控制下系统临界稳定状态时最小值，

K_dmax为在微分控制下系统临界稳定状态时最大值，

则

K_p＝K_p0+△K_p

K_i＝K_i0+△K_i

K_d＝K_d0+△K_d

计算得到模糊控制器的微分环节修正因子ΔK_d、比例环节修正因子ΔK_p和积分环节修正因子ΔK_i，获得隶属度函数分布区间，然后将三个参数代入PID控制器中运算得到输出控制方程，将控制方程的值经过D/A转换后直接输入到PLC中，控制变频器功率的改变；

步骤三、根据变频器风量值以及转速之间的关系，所需风量以及电机转速之间的关系可知：

P＝C₁Q³

P为变频器功率，C₁为变频器与风量值之间的定常数，Q为输出的风量值；

则上述变频器功率与电机转速之间的关系为

其中，n为电机转速，η₁为电机主轴转速转化效率，η₂为传动装置转化效率，C₂为变频器与转速之间的定常数，

输出的风量值Q直接与变频器的功率进行匹配，通过D/A转化将功率值直接传输到PLC，PLC解算控制变频器的功率，变频器控制电机产生相应的转速，从而达到相应的风量值。