基于模糊分析的液压支架故障诊断与自适应调整方法

作者:胡青松;刘伟;马秀萍;翟彦蓉 刊名:煤矿机械 上传者:白桦

【摘要】为了了解采煤工作面液压支架在不同时段的工作状态及出现的故障,在已检测到液压支架压力的基础上,利用这些采集到的压力数据,提出了利用模糊分析识别的方式,判断出支架的工作状态,同时采用stateflow(有限状态机)监测、诊断液压支架工作过程中产生的一些故障和错误,并通过简易的自适应控制算法进行自动调整。

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0引言目前,工作面液压支架主要分为电液阀控制和手动操作阀控制。电液阀控制是近几年才投入使用的设备,只应用在部分矿井,大部分还是采用手动操作阀控制,在操作过程中,操作人员无法精确地识别支架的工作状态,只是凭借经验来控制支架的升降。因此,在升架、增阻、卸压保持和降架等工作过程中常常会出现一些故障,例如在卸压保持状态时往往会出现各个支架支撑压力分布不均等情况,造成有的支架可能要承受超过它最大支撑力的巨大压力,这对支架会造成严重的损害,可能造成人身事故和工作面冒顶事故,甚至引起矿振等重大事故的产生。因此,设计了一种故障诊断与自适应调整方法,以保证支架支撑状态的可靠、稳定,同时为以后实现液压支架的自动化和井下无人化开采,提供一定的理论和设计指导。1液压支架的状态识别模型(1)模糊识别模块设计传感器检测到的液压支架压力数据p,首先经过微分处理得到变化率dp,将p和dp进行数据预处理,然后在将预处理得到的数据送到模糊控制系统如图1中,进行模糊化,利用模糊推理机和建立的规则库进行模糊推理、决策和去模糊化,最后得到精确的推理结果U,通过U的值就可判断支架所处的状态,若将U送到故障诊断模块,即可判断支架在某中状态下是否发生故障。图1模糊识别系统模块(2)p和dp的数据预处理由于模糊控制器对输入的数据有限制,并且为了便于数据模糊化,一般将数据转换到[-6,+6]的论域范围。根据各个状态所对应的p和dp,分别转化到[-6,+6]所对应的范围。p的范围为[0,4500]可按式(1)整体转换(a、b分别为p的最小值和最大值),dp的范围为[-3500,3500],而且分布不均,主要在[-600,600],所以根据状态所对应的dp值,将dp在[-600,600]按式(1)转换,而将大于600的设定为6,小于-600的设定为-6。Y=12b-a(X-a+b2)(1)(3)数据的模糊化模糊化过程中,首先将检测到的数据p和dp变换到相应的论域,将输入数据转换成合适的语言*江苏省科技支撑计划(BE2011501)精确输入模糊推理去模糊化精确输出模糊化规则库值,如p:{PL,PM,PS,S,NS,NM,NL}={正大,正中,正小,0,负小,负中,负大};DP:{PL,PM,PS,ZO,NS,NM,NL}={正大,正中,正小,0,负小,负中,负};U:{MS,PD,PR,PH,PU}={移架,降架,增阻,卸压保持,升架}。其次通过人类专家给定相应p、dp、U的模糊隶属函数(如图2~图4)。图2p的隶属函数图3dp的隶属函数图4U的隶属函数(4)模糊控制规则库的建立根据设定的模糊隶属函数,在已有经验和多方面数据得出的结果分析,可建立模糊规则库如表1,并设定模糊条件语句如Ifpisplanddpispsthenuisph等等。表1模糊控制状态库(5)模糊推理、决策和去模糊化根据给定的模糊控制器输入语言变量论域上的模糊子集PV或PMandNL等,和上面设定表达手动控制策略的模糊控制规则库,根据每一条推理规则,求出相应的模糊关系,如R1,R2,…,Rn,总控制规则所对应的模糊关系R=R1R2…Rn=ni=1Ri(2)利用R和输入的p和dp建立的关系,根据式(3)可得到相应的控制量变化的模糊集U。U=(pdp)R(3)在去模糊化中,采用重心法,从模糊子集U判决出一个较为精确的控制输出量,实现从模糊集合到精确量的转化。(6)液压支架工作状态的模糊识别在液压支架的模糊化判别中,并不要求输出非常精确的控制量来调节支架的支撑力。由于在设定U的同时就设定了支架的各个状态,并定义了各状态值所处的范围,所以,通

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