非線性礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的控制 畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)翻譯

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1、附錄A非線性礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的控制YunanHua,1,OlgaI.Korolevab,*,MiroslavKrsticba深空探測(cè)研究中心，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱100051，中華人民共和國(guó)b機(jī)械航空工程系，加州大學(xué)，圣地亞哥，9500GilmanDr.MC0411,LaJolla,CA92093-0411,美國(guó)摘要：煤礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的重要作用是使爆炸性或有毒氣體（如甲烷）維持在低濃度。由于其目的是控制流體的流動(dòng)，所以礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是高階非線性系統(tǒng)。過(guò)去在這一方面的研究是基于多變量線性模型。本文提出的是一個(gè)非線性模型。開(kāi)發(fā)兩個(gè)控制算法。一個(gè)人操縱所有的網(wǎng)絡(luò)分支機(jī)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)全球性調(diào)控

2、的結(jié)果。其他人只操縱網(wǎng)絡(luò)中不屬于樹(shù)圖的分行，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管（非無(wú)窮?。┕ぷ鼽c(diǎn)的附近區(qū)域。這種針對(duì)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)提出的方法，也適用于其他類(lèi)型的流體網(wǎng)絡(luò)，如燃?xì)饣蛩姆咒N(xiāo)網(wǎng)絡(luò)，灌溉網(wǎng)絡(luò)，并有可能建立起通風(fēng)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：非線性控制;礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò);流量控制;暖通空調(diào)1.簡(jiǎn)介石油儲(chǔ)備枯竭后，煤作為礦物燃料能源還會(huì)保持一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。煤礦開(kāi)采的一個(gè)主要困難是因?yàn)榈叵碌拿旱V存在有毒且易爆的氣體甲烷。煤礦事故血的教訓(xùn)從古至今未曾間斷?，F(xiàn)代煤礦有的許多調(diào)節(jié)甲烷濃度的通風(fēng)設(shè)施。在這種通風(fēng)系統(tǒng)中通常不是直接控制空氣流動(dòng)，而是通過(guò)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的個(gè)別部分來(lái)控制?？梢栽谕L(fēng)網(wǎng)絡(luò)的重要位置（往往直接連接到外部環(huán)境

3、）安置幾臺(tái)風(fēng)機(jī)/壓縮機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)空氣，也可以在網(wǎng)絡(luò)的分支上用“風(fēng)門(mén)”來(lái)控制?？刂频V井通風(fēng)的問(wèn)題在20世紀(jì)70年代和80年代才受到相當(dāng)?shù)闹匾?。無(wú)疑，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)分支能影響其他分支的流程的一個(gè)多變量控制問(wèn)題。為此，作為一個(gè)流體網(wǎng)絡(luò)(這與模擬一個(gè)電路非常相像)和一個(gè)多變量控制的問(wèn)題，礦井通風(fēng)需要接近基于模型的方式。早期在這個(gè)題目上做研究的是Kocic。他認(rèn)為礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)線性化的，各參量混在一起的動(dòng)態(tài)模型并且發(fā)現(xiàn)了用線性反饋的規(guī)則來(lái)研究。他發(fā)現(xiàn)了允許他分離問(wèn)題并且避免使用高度復(fù)雜的MIMO控制工具來(lái)研究SISO問(wèn)題的結(jié)構(gòu)特性。然而，他沒(méi)有利用網(wǎng)絡(luò)圖表理論的特性，這使他忽視了

4、問(wèn)題的非線形性(根本問(wèn)題在于流體的流動(dòng))和只要使用動(dòng)態(tài)反饋補(bǔ)償器靜態(tài)輸出反饋就可以了。本文中將進(jìn)行一些改善。礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的控制方式包括Kirchho’s法，電壓法律法(代數(shù)等式)以及各分支(微分方程)可變的動(dòng)態(tài)等式法。分支采取RL典型非線性抵抗的電等值的形式，被塑造成使用混合參量略計(jì)的不可壓縮的Navier–Stokes等式.確切地講，分支上氣壓的降低與空氣流動(dòng)率(非線性抵抗項(xiàng))的正方形和氣流加速度(線性引人期限)近似成正比。可以用Kirchho’s代數(shù)等式創(chuàng)建的模型和分支典型微分方程一起構(gòu)成一個(gè)最簡(jiǎn)的控制模型。顯而易見(jiàn)，由于在網(wǎng)絡(luò)的分支點(diǎn)(結(jié))處質(zhì)量守恒，所以許多分支的氣

5、流是相互依賴的。因此，分支的數(shù)量比最小的系統(tǒng)表示法更主要。當(dāng)一個(gè)人從循環(huán)理論得出形象化的概念時(shí)這種直覺(jué)就會(huì)變得系統(tǒng)化。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以被劃分成樹(shù)(他們連接圖上的所有結(jié)點(diǎn)，并且沒(méi)有構(gòu)成任何回路)和補(bǔ)全樹(shù)的一套分支，稱余樹(shù)，分支指連接。流經(jīng)分支的流體確定動(dòng)力學(xué)網(wǎng)絡(luò)的最小表示法。當(dāng)可能僅控制獨(dú)立分支的氣流時(shí)，有必要在些分支里安置動(dòng)力設(shè)備，在樹(shù)枝里安置動(dòng)力設(shè)備的物理可能性允許用兩種方法來(lái)解決問(wèn)題。第一種方法是我們?yōu)榈V井通風(fēng)這個(gè)非線性系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)能驅(qū)動(dòng)所有分支的并且能達(dá)到總體穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。第二種方法是只在獨(dú)立的分支或區(qū)域內(nèi)(在工作點(diǎn)附近的空間)實(shí)施驅(qū)動(dòng)。一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)模型是仿射控制的輸

6、入時(shí)，并沒(méi)有以疊加的方式出現(xiàn)。因?yàn)榉种?duì)系統(tǒng)的輸入是有抵抗力的(分支中的調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén))，控制投入總是乘以平方的非線性。正如讀者在第4部分所見(jiàn)，下面的一個(gè)復(fù)雜的模型前面幾節(jié)的開(kāi)發(fā)，總體線性控制設(shè)計(jì)的最后一步時(shí)多變量反饋的是線性化。這通常也許提升了問(wèn)題的不確定性，但是在這類(lèi)系統(tǒng)中他們和容易測(cè)量的巷道長(zhǎng)度和直徑一樣不重要。因?yàn)槊旱V巷道總是裝備有壓力、流量和甲烷含量傳感器，所以該方法可以進(jìn)行充分的測(cè)量。本文如下安排。在第2部分我們介紹結(jié)構(gòu)性等式并且分別地推導(dǎo)非最簡(jiǎn)系統(tǒng)的最小表示法。在第3部分我們開(kāi)發(fā)使用驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的所有分支的反饋法則，而在第4部分我們推導(dǎo)僅在獨(dú)立分支輸入時(shí)的反饋。我們結(jié)合

7、范例，精選最簡(jiǎn)短的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)明問(wèn)題和設(shè)計(jì)算法。1.礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型2.1.管路流程動(dòng)力學(xué)和礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的Kirchho’s法律為了開(kāi)發(fā)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的模型，首先我們建立一個(gè)分支的動(dòng)態(tài)等式。簡(jiǎn)而言之，我們做以下假設(shè)：(A1)空氣是不可壓縮的;(A2)溫度在所有的分支是相同的。在假定(A1)和(A2)之后，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)分支描述為下式:，(1)這里Qj是通過(guò)分支j的空氣流量;Rj=rjlj是空氣阻力，rj是分支的具體的空氣阻力，lj是分支，Hj=plj-plj0是分支的壓降，plj是分支的末端的絕對(duì)壓力，plj0是