鲁棒H∞事件触发控制在煤矿局部通风机风量调节WINCS中的研究与应用

崔嵬 吴晓飞 孟凤果 张国华 谢青海 韩俊先

摘要：针对我国尤其是河北省邢台地区煤矿局部通风机风量调节系统结构落后、控制方法智能化程度低以及控制机制老化等问题，设计了一套基于鲁棒[H∞]事件触发控制的煤矿局部通风机风量调节WINCS（无线网络控制系统）。系统更新了控制结构，采用了最新的事件触发控制机制，同时将鲁棒[H∞]控制与事件触发控制相结合，对控制器及触发条件进行了共同设计，在保证系统稳定性和动静态特性最优的基础上，同时达到了为企业节约电能和节省无线网络信道资源的目的。

关键词：煤矿局部通风机；WINCS（无线网络控制系统）；事件触发控制；鲁棒[H∞]控制

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）26-0214-02

河北省邢台市作为河北省煤炭重要产区，煤矿局部通风机风量调节系统结构落后、控制方法智能化程度低以及控制机制老化等问题严重制约了其智能化发展。本文构建了基于鲁棒[H∞]事件触发控制的煤矿局部通风机风量调节WINCS，重点研究了鲁棒[H∞]事件触发控制的关键性问题，并取得了良好的效果。

1 系統主要环节数学模型建立

1.1 变频器、三相异步电动机数学模型

变频器、三相异步电动机这一设备可视为一阶惯性环节，其传递函数为：

[G1（S）=KTS+1] （1）

式中：K，T两个参数由变频器、三相异步电动机相关参数确定。

1.2 局部通风机数学模型

局部通风机转速的快慢决定着工作面瓦斯浓度的高低，将在实际现场采集到的1500组数据进行筛选，通过神经网络进行离线辨识，将辨识结果作为局部通风机数学模型使用。

2 控制系统及控制机制设计

本设计控制系统原理图如图1。

从图2中可以看出系统在常规PID控制下，系统的状态轨迹以极快的速度迅速发散至无穷大，无法稳定，而在鲁棒[H∞]控制器和触发条件下，系统出现了小幅度超调与震荡，调节时间约为1.817s，但状态变量最终稳定到目标设定值[[0 0]T]，说明系统具有极强的抗干扰性能力和鲁棒性，其稳定性及动静态特性也完全满足应用需求。

4 结束语

本文设计了一套基于鲁棒[H∞]事件触发控制机制的煤矿局部通风机风量调节WINCS，系统采用工控机、变频器直接拖动局部通风机负载，采用无线网络作为系统通信介质，解决了布线繁琐性问题，在控制机制上，采用了最新的事件触发控制机制，考虑到系统参数的不确定性和外界各种干扰因素，将鲁棒[H∞]控制与事件触发控制机制相结合，对控制器及触发条件进行了共同设计，通过试验仿真及在河北省邢台市某中型煤矿试用，在保证系统稳定性和动静态特性最优的基础上，同时达到了为企业节约电能和节省无线网络信道资源的目的。

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[通联编辑：张薇]