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太原理工大学硕士研究生学位论文 2 0 m n 内加载液压支架试验台控制技术研究 摘要 液压支架试验台是矿用液压支架在出厂前和维修后进行检验的重要设 备，应用于液压支架新架型的研制、支架出厂前的检验和支架大修后的整 架密封性能试验、加载强度等功能性试验。矿用液压支架的工作可靠性直 接影响着采煤工作面的推进速度，影响着支架对顶板的支护性能和对顶板 管理的质量，其性能好坏影响着液压支架的质量和煤矿生产的安全。所以， 无论是对研制的新型液压支架，还是出厂前和维修后的液压支架都必须按 照原煤炭工业部的m t 31 2 2 0 0 0 标准对其密封性能、支护性能、强度要求、 耐久性能进行测试。 本文对2 0 m n 内加载液压支架试验台控制技术进行了研究，深入分析 了四缸同步提升控制，提出了四缸同步提升模糊控制算法，开发了内加载 液压支架试验台计算机自动控制系统。利用基于w i n d o w s 平台下的6 o ， 开发了上位机控制系统软件。监控系统对试验数据进行自动采集保存，减 轻工作人员劳动强度的同时大大提高了液压支架的检测效率，缩短了液压 支架检测的试验周期。在后台a c c e s s 数据的访问方面，系统采用0 d b c 数 据库访问技术，增强了对数据信息的管理功能，使得实验数据能方便准确 的存储查询和报表打印。在用户界面设计方面，本着功能齐全、操作简便、 易于扩充、方便维护的原则，设计了友好的人机交互界面。通过本文的研 究大大的提高了控制系统的集成度，增强了液压支架检测系统的稳定性， 简化了整套液压系统的结构，方便了操作人员对现场设备的监测。在充分 t 太原理工大学硕士研究生学位论文 保证系统采集数据准确性和可靠性的前提下，降低了系统的开发成本，为 企业带来了很好的经济价值，为液压支架的检测提供了良好的试验条件。 关键字：液压支架试验台，内加载，同步控制，模糊控制，计算机控制 太原理工大学硕士研究生学位论文 r e s e a r c ho fc o n t r o l t e c h n o l o g yo f2 0 m n h y d r a u l i cs u p p o r t i n t e r n a i ，l o a d i n gt e s t - b e d a b s t r a c t h y d r a u l i cs u p p o r tt e s t - b e d i s 1 e i m p o r t a mt e s te q u i p m e n to fm i n e h y d r a u l i cs u p p o r ta tf a c t o 巧o ra r e rm a i n t e n a l l c e i ti su s e di nn e w 觑u l l et y p e d e v e l o p m e n to fh y d r a u l i cs u p p o r r to rm ee x f a c t o 巧i n s p e c t i o na n ds e a l i n g p e r f o m l a n c et e s ti n c l u d em n c t i o n a la 1 1 dl o a d i n gi n t e n s 毋o v e r h a u la b o u tw h o l e 觑吼e w 6 r k i n gr e l i a b i l 毋o fm i n i n gh y d r a u l i cs u p p o r tw i l ld i r e c t l ya 圩e c ts p e e d o ft h em i n i n gc o a l ，i i i i p a c tb r a c k e to nt h er o o fs u p p o r t i n gp e r f 0 肌a n c ea j l do n t h er o o ft h eq u a l 时o f m a n a g e m e n t i t sp e r f o n l l a n c er e l a t e st ot h eq u a l 埘o f h y d r a u l i cs u p p o r ta i l dt h es a f e 妙o fc o a lp r o d u c t i o n 0 nt h ed e v e l o p m e n to fa n e wh y d r a u l i cs u p p o r t ，p e r f o m a j l c em u s tb et e s t e di n a c c o r d a n c e 、v i t ht h e 0 r i g i m lm 硒s 时o fc o a li n d u s 时m t 312 2 0 0 0s t a n d a r d s ，s u c ha st h e s e a l i n g p e r f o r m a n c e ，s 臼e n g t ha n dd u r a b i l i 够 b a s e do ni n t e n s i v es t u d yo fc o l l t r o lt e c h n o l o g yo f 2 0 心h y d r a u l i cs u p p 叭 i n t e m a ll o a d i n gt e s t b e d ，w eh a v ea i l i n - d 印la 1 1 a l y s i so ft l l ef i o u rc y l i n d e r s y n c h r o l l i z a t i o nc o n 仃0 1 ， p i o p o s e d f o u r c y l i n d e rs y n c h r o n o u sl i f t i n g如z z y c o n t r 0 1a l g o r i t h ma n dr e s e a r c h e da u t o m a t i cc o n t r 0 1s y s t e mo f h y d r a u l i cs u p p o r t t h el o a d i n gt e s t e ；a s e do nt h ew i n d o w sp l a t f o n ：n 6 o ，i ti sp cc o n t r o ls y s t e m s o r w a r et h a tw a sd e v e l 叩e d a u t o m a t i c a c q u i s i t i o na n dp r e s e n r a t i o nd a t a i i i c o l l e c t i o nn o to n l yr e d u c e st h el a b o ri n t e n s i t yo fw o r k e r sb u ta l s og r e a t l y i l p r o v e st 1 1 e d e t e c t i o ne m c i e n c yo fh y d r a u l i cs u p p o i r ta n ds h o r t e nt ot 1 1 et e s t c y c l eo ft 1 1 eh y d r a u l i cs u p p o r t o nt h eb a c k 铲o u n do fa c c e s sd a t aa c c e s s ，m e s y s t e m u s e sm eo d b cd a t a b a s ea c c e s st e c l l l l 0 1 0 9 y ，e n h a n c et h e d a t a m a n a g e m e n tf i u l l c t i o n t h ee x p e r i m e n t a ld a t ac a nf a c i l i t a t e a c c u r a t es t o r a g ea n d q u e 巧a n dp r i n ts t a t e m e n t s i nu s e ri n t e r f a c ed e s i g n ，i n l i n ew i mc o m p l e t e 如n c t i o n s ，s i m p l eo p e r a t i o n ，e a s ye x p a n s l o n ，e a s yt om a i n t a mp r m c l p l e ，m e n d l y 一 1r 1 l m a n m a c h i n ei n t e r f a c eh a sb e e nd e s i g n e d t 1 1 r o u g ht h es t u d yo ft h i sp 印e r ，i ti s 伊e a t l yi h l p r o v e s t h ec o r l 仃0 1 s y s t e mi n t e g r a t i o n ，e n h 锄c e t h es t a b i l i t yo f h y d r a u l i cs u p p o r tt e s t i n gs y s t e m ，s i m p l i 6 e s t h e 、h 0 1 eh y d r a u l i cs y s t e ms t n l c t l j r e s t a f f sc a l lc o n v e n i e n t l yo p e r a t et h ef i e l dd e v i c em o n i t o r i n g i nt h e 如l lo f a c c u r a c ya n dr e l i a b i l i 坝a u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo fh y d r a u l i cs u p p o r ti n t e m a l l o a d i n gc a i lr e d u c et h ec o s to ft h es y s t e md e v e l o p m e n t ，b r i n gg o o de c o n o m i c v a l u e i ti sp r o v i d e sag o o dt e s tc o n d i t i o nf o rh y d r a u l i cs u p p o r td e t e c t i o n ! yw o i ： h y d r a u l i cs u p p o r tt e s t - b e d ，i n t e m a ll o a d i n g ， s y n c l l r o n o u s c o n t r o l ，如z z yc o n t r 0 1 ，c o m p u t e rc o n t r 0 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究的目的意义及国内外研究动态 1 1 1 课题研究的目的意义 目前，工厂研制生产的各种类型液压支架产品，在国内液压支架市场上占有主导地 位，为煤矿企业的发展起着及其重要的作用。我国作为煤炭生产大国，随着煤矿机械事 业的蓬勃发展，为了进一步提高液压支架生产的技术水平，逐步扩大液压支架的生产总 量，保证液压支架的整体质量，为企业设计研发具有综合试验功能的液压支架架试验台 显得尤为必要。 矿用液压支架作为煤矿综合机械化采煤的主要支护设备，在煤炭生产中有着非要的 地位。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的项板，隔离采空区。它与采煤机配套使用， 解决机械化采煤工作中项板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输 设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人命安全。在当前煤矿安 全日益受到社会各界普遍重视的形势下，作为煤矿机械化采煤主要支护设备的矿用液压 支架的质量显得格外重要，因此矿用支架企业越来越注重产品的性能测试，不仅包括新 品出厂，而且包括设备大修时，作为产品性能和质量检验的试验台是矿用液压支架在出 厂前或维修后进行的试验设备，主要对支架的密封性、适应性及整机的强度和寿命等进 行检测试验，从而确保液压支架的质量和煤矿生产的安全。为满足矿用支架试验要求， 必须提高矿用支架试验台控制系统的性能。矿用液压支架试验台控制系统在满足系统工 作要求的前提下，关键是要实现整个系统的自动控制，提高控制系统的可靠性，从而降 低控制系统的试验误差。结合上面所提到的要求，本论文详细设计研发了矿用液压支架 试验台计算机控制系统，实现了加载平台四缸同步升降运动控制、液压系统泵站压力和 插拔销到位状态等功能的自动控制。通过该课题的研究设计，大大提高了对矿用液压支 架检测的效率，保障了系统检测的准确性和安全性，为大型煤矿的高效高产提供了很好 的技术保证。 我国现阶段的能源供应主要还是己煤炭为主，因而推动了我国机械化采煤的蓬勃发 展，为了提高采煤的安全性，矿用液压支架的应用已越来越广泛，这就对液压支架的性 太原理工大学硕士研究生学位论文 能提出了更高的要求，它的可靠性及使用寿命是人们关注的重中之重。在进行测试其性 能的同时，还要考核其试验强度是否达标，从而保证井下采煤人员的安全生产。而矿用 液压支架的出厂时质量的好坏与液压支架试验台的性能强弱有密切的关系。随着我国综 合采煤技术的不断发展，液压支架技术也得到了逐步的完善，这就对液压支架试验台的 综合性能提出越来越高的要求。其中，计算机监控系统可谓是整个支架试验台的“大脑”， 它负责控制整套系统，对支架试验台最大限度发挥其功能起着至关重要的作用。以前在 对液压支架进行出厂检测时，由于控制系统的不完善，试验人员往往采用都是比较原始 的检测手段，通过手动调节试验泵站压力和流量，人工读取现场仪表显示的试验数据从 而绘制其试验曲线，试验重复过程多，工作量和劳动强度都很大，工作效率和测量精度 也比较低，同时现场操作给工作人员带来潜在的安全隐患。随着计算机应用技术的迅猛 发展，由于其在数据处理、图形显示以及打印报表方面的强大功能，计算机应用技术也 已经越来越多地融入到工业监控系统当中。利用先进的计算机监控系统，能够实时采集 并显示现场试验数据，直观方便的生成试验曲线，实现试验过程的自动控制【2 】。在降低 工作人员的劳动量和劳动强度的同时，大大提高了试验的效率和检测的准确性。 1 1 2 国内外研究动态 1 ) 国内外液压支架发展现状及趋势 随着国家能源需求的不断增长以及煤炭行业的大力发展，国内外液压支架的研究得 到迅猛发展。在液压支架的采高和工作阻力上，国外处于领先地位；国外综采液压支架 的架型主要为高工作阻力的两柱掩护式支架，其支护工作阻力为6 0 0 0 1 0 0 0 0k n ，最 高为1 2 0 0 0k n ，支护高度为2 o 5 0 m ，最大为6 0 m ；支架立柱缸径为2 5 0 3 8 0m m ， 最大为4 8 0 i l l i n ：支架中心距为1 5 1 7 5 m ，最大为2 0 m 。在液压支架架型、采高和工 作阻力方面，国内均已超过国外。随着国内煤矿机械研制水平的不断进步和综采设备逐 步向大采高大功率方向发展，矿用液压支架的支护高度已经超过6 2 m ，结构高度已经向 6 5 m 发展，使国产大采高( 采高 3 8 m ) 液压支架迈上了一个新台阶，并向特大采高 ( 采高 5 o m ) 液压支架迅速发展。目前液压支架的最大工作阻力已达1 8 8 0 0k n ，最 大支护高度已经达到7 6 m ，比较典型的代表是平顶山煤机厂的z y l 8 8 0 0 3 2 7 2 d ，其支 护高度7 2 m ，工作阻力达到1 8 8 0 0k n ；山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司设计生 产的z y l 7 5 0 0 3 4 5 7 6 d ，其工作阻力1 7 5 0 0k n ，支护高度达到7 6 m ，护帮高度为3 4 6 m 。 高工作阻力和大采高己成为液压支架的发展趋势。 太原理工大学硕士研究生学位论文 瓣凝；鬻 黪囊惑 ：- 眷8 二 。皇一 要 辫囊雾 图1 1 平顶山煤机厂的z y l 8 8 0 0 3 2 7 2 d图1 - 2 晋煤集团的z y l 7 5 0 0 3 4 5 7 6 d f i g 1 1p i n gd i n g s h a nc o a lp l a n t z y l 8 8 0 0 3 2 7 2 df i g 1 - 2s h a n x ic o a lg r o u pz y l 7 5 0 0 3 4 5 7 6 d 2 ) 国内外液压支架试验台的研究现状 液压支架的研发速度迅猛，使得液压支架试验台的设计制造滞后于液压支架的发 展，近些年来液压支架生产厂家加大了对液压支架试验台的投入和研发力度，如北京煤 矿机械有限公司生产的2 6 0 0 0 k n 液压支架试验台已投入使用；山西潞安煤机厂的2 6 0 0 0 k n 和山东塔高厂的3 0 0 0 0 k n 液压支架试验台也正在设计制造中【l 】。目前，液压支架试 验台发展滞后的情况正得到有效改观。 目前，国内大型液压支架生产厂己建成一批承载力在2 0 0 0 0 k n 以上的试验台。具 有代表性的是：2 0 0 6 年山西平阳重工机械有限责任公司建成承载能力2 5 0 0 0 k n 的试验 台，最大试验高度6 0 m ( 如图1 3 ) 和中煤北京煤矿机械有限责任公司2 0 1 0 年建成2 6 0 0 0 i 6 3 l i i l 1 2 ) 支架横向固定油缸数4 个 几何参数 1 )框架有效空间尺寸5 5 0 0 2 6 6 0 6 3 6 0 ( 长宽高) 2 )工作台尺寸 5 5 0 0 2 5 0 0 ( 长宽) 3 )外形尺寸6 1 2 0 4 8 6 0 7 2 1 0 ( 长宽高) 4 )整机高度约7 2 1 0 m m ( 其中地下部分高度1 4 5 0 i i l i l l ) 5 )设备功率 2 5 0k w 2 1 2 控制系统功能要求 1 ) 所有装置的动作和液压回路的通断都在一个控制柜板面上进行集中控制和操作。 执行机构的控制通过操作电气操作台上的按钮与监控软件界面的软键来实现。 2 ) 试验台控制与显示：控制和完成试验台高度的调整，4 个销轴的插入和退回；在 线显示泵、阀等液压元件的工作状态；在线显示压力、温度、4 个提升缸的位置、销轴 插拔的到位情况。 3 ) 内循环控制与显示：控制试验的初撑、增压、保压和卸载；通过控制系统主菜 单可进入各功能界面，其中各试验界面绘制有被测项目的部位、结构示意图，在线显示 温度、压力及计数器数值，在线显示工作压力与时间的二维图。 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 ) 故障报警：当出现压力超限、过滤器堵塞等情况时，系统发出声光报警信号， 通知维修人员前来维修。 5 ) 打印输出试验结果，包括强度和耐久性能试验报告、加载曲线图、故障报警表 等。 6 ) 液压支架试验台的上位机监控系统采用v b 设计，在w i n d o w sx p 平台下运行， 下位机本地控制采用p l c 设计。监控软件实现所有测试项目的自动控制。 2 1 3 液压支架试验标准 在试验台设计及制造中，除按照常用机械工程标准、液压基础标准等相关行业标准 执行外，还遵循以下规范标准：液压支架通用技术条件( m t 3 1 2 2 0 0 0 ) ，液压支架 用阀( m t4 1 9 1 9 9 5 ) ，大采高液压支架技术条件( m t5 5 0 1 9 9 6 ) 。根据原煤炭工业 部m t 3 12 2 0 0 0 液压支架通用技术条件及设计任务书，进行耐久性试验时，应满足 下图所示的循环加载曲线，并且每个加载周期t s l 5 s ，试验标准曲线如图2 1 所示。 p s 工 作 压 p c 力 p l t 一一 尸1 1 厂 。 t lt 2t 3t 时间t 图2 1t 循环周期：p s 一试验压力：p c - 供液压力；p 卜卸载压力( o 2 5p s ) ； t 1 初撑加载期：t 2 增压期：t 3 一稳压期；t 4 一卸载期； f i g 2 - lt - c y c l e ；p s t e s tp r e s s u r e ；p c - n u i ds u p p l yp r e s s u r e ；p r u n l o a d i n gp r e s s u r e ( 臣j 鹄，( 尼) 乌m ) j 鹭少( f ) 图3 5 四缸同步模糊控制过程 f i g 3 - 5f u z z yc o n t r o lp r o c e s so fc y l i n d e rs y n c h r o n i z a t i o n 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 ) 模糊语言变量的语言值分档的选取 语言值分档越多，对事物描述越细、越准确，制定控制规则更灵活，控制效果越好， 但太多可能使控制变得复杂，编程困难，占用存储量大；分档太少，规则变少，效果较 差。结合实际情况，本课题共用七个词汇对模糊变量的状态进行描述，分别为：n b ( 负 大) ，n m ( 负中) ，n s ( 负小) ，z o ( 零) ，p s ( 正小) ，p m ( 正中) ，p b ( 正大) 。 2 ) 模糊语言变量的模糊论域分级的选取 增加论域中元素的个数，可提高控制精度，但增大了计算量，且模糊控制效果的改 善不显著。一般选择模糊论域中所含元素个数为模糊语言变量总数的2 倍以上，确保模 糊集能较好覆盖论域，避免出现失控现象。本课题根据液压缸的长度及试验台的高度等 实际情况来选择e ，e 。和u 的论域。位移偏差e 的基本论域为【o ，6 ，模糊论域选取 e = 一6 ，一5 ，4 ，一3 ，一2 ，1 ，0 ，1 ，2 ，3 ，4 ，6 ) ；位移偏差变化率e 。的基本论域为【1 ，l 】，模糊论域选取 e 。= 3 ，2 ，- 1 ，o ，1 ，2 ，3 ) ；p w m 输出u 的基本论域为 o ，1 】，模糊论域选取 u = 6 ，5 ，4 ，3 ，2 ，1 ，o ，1 ，2 ，3 ，4 ，6 ) ，相对应的语言值为n b ( 负大) ，n m ( 负中) ，n s ( 负 小) ，z 0 ( 零) ，p s ( 正小) ，p m ( 正中) ，p b ( 正大) 。 3 ) 量化因子的确定 量化因子k 及k 。的大小对控制系统的动态性能影响很大。具体体现为：k 较大 时，响应加快，振荡加剧，系统的超调较大，过渡过程较长。因为从理论上讲，k 增 大，相当于缩小了误差的基本论域，增大了误差变量的控制作用，因此导致上升时间变 短，但由于出现超调，使得系统的过渡过程变长。k 。较大时，快速性好，超调量减小。 k 。选择越大系统超调越小，但系统的响应速度变慢。k 。对超调的遏制作用十分明显。 量化因子k 和k 。的大小意味着对输入变量误差和误差变化的不同加权程度，k 和k 。 二者之问也相互影响，在选择量化因子时要充分考虑到这一点。量化因子对控制系统性 能的影响如表3 1 所示。 太原理工大学硕士研究生学位论文 表3 1 量化因子对系统性能的影响 1 a b 3 1q u a n t i t a t i v ef a c t o r so nm ei n f l u e n c eo f t h ec o n 白- o ls y s t e m 愁 系统超调过渡过程时问 k选大增大较长 选小无 长 k 。选大无 长 选小很大 长 k u选大负超调大于正超调 长 选小无较长 根据基本论域和模糊论域的选择可以通过给定公式方便的计算出& ，k 。，k 的大 偏差计算：e ( 尼) = y ( 忌) 一， 量化：d 口。，a 】研一6 ，+ 6 】 e = 篙p 学m 半， 取整e ：胛 疋 一堕尝) o 5 】 其中k ：等导称为量化因子；届：k ：6 巍：p ：o ，瓦戤：+ 6 ，。：一6 卢l a l “ 一 所以求得：k = 2 ；e = 胛 ( 2 p 一6 ) 0 5 】 同理，偏差变化率计算：巳( 后) = p ( 七) 一p ( 七一1 ) 所以求得：2 嵩= 南_ 3 ；巨= 胛 ( 3 啦o 5 】 4 ) 隶属函数确定 a ( x ) 中某一元素x i 属于a ( x ) 的程度，称为该元素x i 的“隶属度”，记作队( x i ) ，在 o ，1 】 连续取值。若隶属度随元素x 的不同而改变，这个表示隶属度变化规律的函数称为“隶 属函数”，用队( x ) 表示。隶属函数是描述模糊概念的关键。本课题中模糊偏差e 和模糊 偏差变化率e 。采用高斯型( g a u s s i n f ) 隶属度函数，模糊p w m 输出u 采用三角型( t r i m f ) 隶属序函数。 太原理工大学硕士研究生学位论文 高斯型隶属度函数表达式为： ( 工一c ) 2 厂( x ，仃，c ) = p2 旷，对称的高斯函数取决于两个参数6 ，c 。 三角形隶属度函数表达式为： 厂= ( x ，a ，6 ，c ) = ox 口 x 一口 6 一口 c x c 一6 以x 6 6 x c ox c 其中，参数a 和c 确定三角形的“脚”，而参数b 确定三角形的“峰”。 根据所给条件，利用m a t l a b 软件绘制出e 、e 。、u 的隶属度函数1 8 】，其函数曲 线如图3 6 分别所示。 攀露 图3 6 模糊控制隶属度函数 f i g 3 6f u z z yc o n 臼o lm e m b e r s h i pf u n c t i o n s 5 ) 模糊规则及查询表的确定 根据实际情况并结合专家的经验，经分析和综合，归纳出控制规则，得出如下模糊 条件语句。由模糊条件语句绘制出模糊控制规则表( 如表3 2 所示) 。按照此规则将模 糊条件语句输入m a t l a b 模糊规则控制器中，为下一步模糊控制推理分析提供理论依 据。m a t l a b 模糊规则输入状况如图3 7 所示。 i f ( ei sn b ) a n d ( e c i sn b ) t h e n ( ui sp b ) i f ( ei sn b ) a n d ( e c i sn m ) t h e n ( ui sp b ) i f ( ei sn b ) a n d ( e ci sn s ) t 】1 e n ( ui sp b )i f ( ei sn b ) a n d ( e ci sz 0 ) t h e n ( u i sp b ) 3 6 熏粤一一囊一一一一嚣一粪霉咚一一一一一一一 太原理工大学硕士研究生学位论文 i f ( ei sn b ) a 1 1 d ( e ci sp s ) t l l e n ( ui sp m )i f ( ei sn b ) a n d ( e ci sp m ) 此n ( u i sz o ) i f ( ei sn b ) 踟1 d ( e ci sp b ) t h e n ( ui sz o )i f ( ei sn b ) a i l d ( e ci sp s ) 龀n ( ui sp 旧 i f ( ei sn m ) a n d ( e ci sn b ) t l l e n ( ui sp b )i f i sn m ) a n d ( e ci s 哪t l l e n ( ui sp b ) i f ( ei sn m ) a 1 1 d ( e ci sn s ) t h e n ( ui sp b ) i f ( ei sn s ) a i l d ( e ci sn m ) t h e n ( ui sp m ) i f ( ei sn s ) 锄d ( e c i sn b ) t h e n ( ui sp m ) i f ( ei sn s ) a n d ( e ci sp s ) m e n ( ui sz o ) 袁3 2 模糊控制规则表 t a b 3 - 2t h em l e st a b l eo f 恤娩巧c o n 仃o l e c n bn mn sz op sp mp b 层弋 n bp bp bp bp bp mz oz o n mp b p b p bp bp mz oz o n sp mp mp mp mz on sn s z op mp mp sz on sn mn m p sp sp sz on mn mn mn m p mz oz 0n mn bn bn bn b p bz oz on mn bn bn bn b f i l 8 。麟“：i 嚣，黼，；僦黼i i 嚣i 蠢嚣蕊出* * i 矗叠i “o 、￥i i 1l f ( e l s n b ) a n d ( e c i s n b ) t h e n ( u 怙p b ) ( 1 ) j 2 f ( e i s n b ) a n d ( e c i s n m ) l n ( u 镕p b ) ( 1 ) 3l f ( e i s n b ) 8 n d ( e c l s n s ) t h e n ( u b 阳) ( 1 ) 41 亍c e l s m h n d ( e c i s z o ) m e n ( u i s 嘲( 1 ) 置i f ( e 堪n b ) a n d ( e c i sp s l i h e n ( u i s p m l ( 1 ) 6i f ( e i s n b ) a n d ( e c bp m ) t h e n ( u b z o ) ( 1 ) 1 7l f ( e i s n b ) a n d ( e c i sp b ) t h e n ( u i s z o ) ( 1 ) 8l f ( e b n m ) d ( e c i s n b ) t h e n ( u l sp b l ( 1 ) ；9i f ( e l s n m ) a n d ( e c i s n m ) t h e n f u i sp b ) ( 1 ) 谶鬻黧鬈麓篱豢黧蘩 j 糟瓣2 图3 7m a t l a b 模糊规则输入 f i g 3 - 7m a t l a bf u z 巧r u l e si n p u t 3 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 模糊规则观察器和输出曲面观察器是用来观察模糊推理系统。模糊规则观察器是基 于m a t l a b 模糊推理的图形显示，当它用于调试时，可显示哪条规则正在运作，或各 隶属函数的形状怎样影响结果等，推理过程如图3 8 所示。输出曲面观察器用于显示输 出对任何一个或两个输入的依赖性，即它为系统产生且绘制一个输出曲面。由表3 2 所 示模糊控制规则，由m a t l a b 进行推理分析模糊判决计算出输出值的大小，从而绘制 出模糊控制查询表，如表3 3 所示，为可编程逻辑器件进行模糊控制提供查询数据。 图3 8m a t l a b 模糊规则推理过程分析 f i g 3 - 8a n a l y s i so f t h e 矗l z 巧m l er e a l s o n i n gp r o c e s s 太原理工大学硕士研究生学位论文 图3 9 模糊规则曲面输出 f i g 3 9t h ef 1 j z 巧r u l e ss u r f a c eo u t p u t 表3 3 模糊控制查询表 t a b 3 - 3f u z 巧c o n 仃o lt a b l e 义 654321ol23456 35 3 75 2 34 9 14 3 14 0 23 9 63 6 52 9 72 0 01 0 30 3 40 0 40 0 0 2 2 5 3 75 2 34 9 l4 2 73 6 83 5 53 1 72 5 81 0 10 2 9o 4 50 8 8o 8 0 15 3 65 2 34 9 14 2 23 2 02 5 81 0 lo 6 00 0 31 6 32 6 33 0 53 2 2 o4 9 l4 6 03 5 63 4 l2 6 2 1 6 lo- 1 6 12 6 2 3 4 13 5 64 6 0- 4 9 l l 3 2 23 0 52 6 3 1 6 30 0 30 5 91 0 12 5 83 2 04 2 2 4 9 15 2 35 3 6 2o 8 00 8 80 4 5o 2 9- 1 0 l- 2 5 83 1 7- 3 5 53 6 84 2 7- 4 9 1 5 2 35 3 7 3o 0 0 2o 0 4o 3 41 0 32 o o2 9 73 6 53 9 64 0 2- 4 3 l- 4 9 15 2 35 3 7 6 ) 反模糊化得到精确控制值 按照输出比例变化公式将模糊论域上的精确控制量( 量化值) 转化为基本论域上的 精确控制量，从而绘制出模糊控制精确查询表，如表3 4 所示，为可编程逻辑器件进行 p w m 模糊控制提供查询数据。 反模糊化计算： 一6 ，+ 6 】砸甜。，甜】 太原理工大学硕士研究生学位论文 “，= 吒u + 吾( 甜十k ) = m ) + c 0 k = 崇未茜= 等= 壶称为比例因子，其中屈= 扰。，5 “缸 吁= 击u + 扣驴击u 弓 表3 4 模糊控制精确查询袁 t a b 3 - 4f u z 巧c o n 缸o lp r e c i s i o nt a b l e 义 65 4 3210l23 4 56 3 l0 9o 9o 90 8o 8o 8o 70 70 60 5o 5o 5 2l0 9 0 9 0 9 o 80 8o 7 0 70 6o 5o 5o 4o 4 - l10 90 9o 8o 80 70 6o 60 50 40 30 30 2 oo 90 9 0 8 0 8 0 70 60 5 o 4o 3 o 20 2 0 10 1 10 80 8o 70 6o 50 50 40 30 20 20 10 10 2o 60 60 50 50 4o 3o 2o 20 20 10 10 1o 3o 5o 5o 50 4o _ 30 30 2o 2o 20 10 1o 10 3 2 内加载液压支架性能测试 内循环用于控制试验的初撑、增压、保压和卸压，循环加载过程采用顺序控制设计 方法，加载过程由计算机监控系统自动控制，按下控制台启动按钮，系统初始化准备加 载；利用液压增加系统使系统压力不断增加，监控系统实时读取压力值，当系统压力达 到初撑压力p l 时系统进入增压环节；系统压力迅速增加，当压力达到试验压力p 2 时， 系统进入保压环节；系统压力保持一段时间，当系统到达保压时间t l 后，进入卸压环 节：当压力卸载到卸载压力时，系统完成一次加载过程，系统软件将加载次数自动加1 。 若循环次数小于试验要求加载次数则重新回到初撑阶段，如果等于试验要求加载次数则 加载自动结束【1 9 】。液压支架控制顺序流程如图3 1 0 所示，内循环加载过程调试现场如 图3 1 1 所示。 太原理工大学硕士研究生学位论文 图3 1 0 内循环控制顺序流程图 f i g 3 一l of l o w c h a r to f i 衄e rl o o pc o n t r o l 图3 1 l 内循环加载过程软件调试 f i g 3 1ls o r 、a r ed e b u g g i n go f i n n e rc y c l i cl o a d i n gp r o c e s s 4 l 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 3 插拔销控制子系统实现 前面提到外循环控制部分主要完成试验加载平台高度的调整及插拔销轴在立柱框 架定位孔处的插销和退位。因此，对插拔销控制子系统的设计的好坏直接关乎整个液压 支架试验的是否能够顺利进行。插拔销控制子系统由电磁阀、s 7 1 2 0 0p l c 、电子限位 开关、继电器等硬件组成。在插拔销控制子系统中，s 7 1 2 0 0p l c 安装在集控柜内，电 子限位开关和继电器等设备分别通过接线端子与p l c 相连接；电子限位开关分别安装 在箱式框架的四个立柱上的各个插拔销孔口处，确保使销轴能准确到位。插拔销控制子 系统软件设计方法是：通过下位机p l c 采集电子限位开关信号和控制开关阀启停，进 而实现对插拔销动作的闭环控制，其中电子限位开关输出的信号作为系统反馈信号判断 插拔销是否到位。具体步骤是上位机控制系统通过启动按钮输出控制信号，信号通过 p l c 输送至继电器的输入端来控制继电器线圈的通或断【2 0 】，进而控制电磁阀的开关；下 位机p l c 通过采集电子相位开关的输出信号，并将其输出信号由电信号转换为数字信 号，然后传送至上位机，工控机采集到数据发出相应的显示，从而实现对插拔销运动情 况和到位状态的监测。插拔销控制子系统流程图如图3 1 2 所示。 a ) 插拔销插入过程 b ) 插拔销拔出过程 图3 一1 2 插拔销控制子系统流程图 f i g 3 1 2t h en o wd i a g r 锄o f c o n t r o ls u b s y s t e mf o rp l u gp i n 4 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 在试验台控制系统中还有两个控制装置对整个系统起到辅助主要，一个是护帮内加 载回路设计，一个是底座横向加载及固定回路设计。护帮加载系统是支架在强度试验中 的做护帮板扭转和翻转护帮板集中载荷时所用的加载功能，是通过向护帮千斤顶供液加 载，使护帮板面垫块实现对护帮板的扭转加载【2 l j 。底座侧加载及固定系统是支架在强度 试验中，做底座底调机构端部受载时所用的加载功能，是由一组油缸实现加载的，同时 完成整架试验过程中液压支架的横向定位机能。 3 4 本章小结 本章节是整个控制系统的关键部分，主要介绍了液压支架试验台控制系统的功能及 实现，提出了四缸同步控制算法，详细介绍了同步控制中模糊控制算法原理及实现过程。 完成对液压支架进行耐久性能测试，并设计了液压支架试验台插拔销控制子系统，测试 结果达到了实验设定的各项技术要求。通过本章节的研究，为后面监控系统的开发提供 了坚实的理论依据。 太原理工大学硕士研究生学位论文 太原理工大学硕士研究生学位论文 第四章试验台监控系统软件开发 4 1 系统开发软件简介 s u a ls t u d i o 是微软公司为广大编程人员推出的开发环境，s u a ls t u d i o 主要是用 来创建w i n d o w s 平台下的w i n d o w s 应用程序和网络应用程序，为软件的开发提供了 简单方便的环境。尽管微软公司已经发展到s u a ls t u d i o1 0 0 版本，但s u a ib a s i c6 0 凭借简约的风格，灵活的操作性能依然是开发者熟悉而喜欢的版本。s u a lb a s i c6 0 作 为快速应用开发工具既可以作为一个单独的开发环境也可以作为s u a ls t u d i o6 0 套 件的一个重要组成部分。在面向对象程序设计方面，s u a lb a s i c6 0 全面支持面向对象的 程序设计，包括对象与属性、数据抽象、封装、继承和多态、类与成员等【3 1 1 。 s u a lb a s i c 是由微软公司基于w i n d o w s 平台下开发的一种协助开发环境的事件驱 动编程语言。v b 包括快速应用程序开发( 鼬m ) 系统和图形用户界面( g u i ) ，并且对 数据库的访问非常方便，可以快捷的使用a d o 、i m o 、d a o 等技术手段方便的连接 所要访问的数据库口2 ，2 3 1 ，而且可以较为轻松的通过其创建a c t i v e x 控件。对广大编程人 员来书，v b 提供了一个很好的组件，大大提升了应用程序开发的周期和效率。当前，全 球仍然有超过百万计的程序设计爱好者在用s u a lb a s i c 开发出各种各样不同类型的软 件。 4 2 上位机监控软件设计 4 2 1 系统用户管理霁面设计 用户登录管理界面的设计是任何软件系统开发所必备的，保障系统的安全性和可靠 性。本课题监控系统软件提供了用户管理功能，方便用户的使用。系统用户信息通过数 据库存放，通过登录界面多数据库访