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自動控制論文(精挑范文)

來源:未知 作者:王老師
發布于:2021-05-13 共7401字

  伴隨著科學技術的迅猛發展,電氣自動化控制發展越來越快,大大提高了生產效率,也提高了企業的自動化水平.本文主要介紹了我國電氣自動化的發展與應用。下面是搜索整理的自動控制論文6篇,供大家參考閱讀。

  自動控制論文第一篇:機械控制中的機械自動化技術的應用研究

  摘要:本文根據機械自動化技術特點,探究該項技術在農業噴藥領域中的應用方法。通過分析田間噴藥自動化控制需求,結合變量噴藥機結構,設計噴桿運動模型、變量噴藥自動化控制系統。測試結果表明,本文設計的機械自動化變量噴藥控制系統,可以準確調節噴藥流量,最大噴藥流量控制誤差為3.7%,在誤差允許范圍內,并且該系統支持10h/d連續作業,符合田間噴藥自動控制需求。

  關鍵詞:機械自動化技術; 變量噴藥; 模糊控制; 運動模型; 自動化控制;

  目前,機械自動化技術已經在多個領域有所應用。其中,農業和工業應用較多,尤其是農業種植中設備控制的應用,此項技術的應用,對促進我國農業發展的幫助較大。雖然此項技術在農業播種環節的自動化控制中的應用方法較為成熟,但是,噴藥自動化技術薄弱,仍需進一步探究。

  1 機械自動化技術及其應用領域

  機械自動化技術是在沒有人干預的情況下,按照設定的操作程序作業,采取自動化控制的方式,完成預期操作任務。在此時代背景下,本文依據機械自動化技術作業原理,嘗試探究此項技術在農業種植變量噴藥控制中的應用方法。

  2 機械自動化技術在農業種植變量噴藥控制中的應用研究

  2.1 變量噴藥設備自動控制總體結構設計

  目前,關于變量噴藥設備自動控制的研究,大部分是以設備內部壓力控制作為切入點,根據藥物噴灑控制需求,調節內部壓力大小,從而實現變量噴藥。從應用效果來看,這些噴藥設備自動控制方案存在著不同問題,主要包括噴藥流量控制不精準、裝置內部壓力不穩定等問題。在自動化噴藥過程中,很難根據農作物生長分布情況調節噴藥量,大部分情況下,作業噴藥量較大,導致資源浪費,并且對周圍環境也會造成不同程度的影響。為了彌補以往開發的變量噴藥設備自動控制裝置的不足,本文在現有的研究成果上,對變量噴藥設備機械結構進行了調整,如圖1所示。

  圖1中,變量噴藥機主要由升降系統、機架、藥箱、轉向系統、底盤、動力部分、噴桿組成。以下為該設備自動化控制作業流程:設備處于休眠狀態時,噴桿折疊,從此狀態切換到作業狀態時,噴桿逐漸舒展開來。其中,噴桿高度及長度均根據實際噴藥環境的控制需求進行設置。為了準確控制噴桿點位,本裝置添加了傳感器,采用紅外檢測技術,采集農作物基本信息,從而獲取當前待噴藥農作物的外形大小、位置指標數據。根據這些數據,確定噴藥高度、噴藥量、噴藥壓力等參數數值,從而完成農作物變量噴藥設備的自動化精準控制。

 

  圖1 變量噴藥機結構圖  

  2.2 變量噴藥設備自動化運動模型設計

  噴藥設備作業期間容易受振蕩、偏轉、翻滾3項因素的影響。其中,振蕩因素指設備作業期間以機體為中心,噴桿沿著垂直方向上下擺動;偏轉因素指的是沿著與機體垂直的方向發生的旋轉;翻滾指的是沿著機體前進水平方向,噴桿上下旋轉。從噴藥設備結構來看,噴藥運動很有可能受到周圍環境的干擾。為了盡可能降低環境干擾,本研究構建了懸架式設備噴桿模型。該模型的噴桿寬幅為25m,等分為5份,兩端向外延展,根據噴藥控制需求,調節噴桿寬度,按照各個因素指標操控命令旋轉、翻滾、偏轉。懸架作為設備的核心部分,在噴桿的一端連接彈簧阻尼器,利用該裝置實現噴桿作業控制,實現各個方向自動完成矢量運動。如圖2所示為運動模型。

  圖2 運動模型   

  該模型中布設了兩個彈簧,分別編號為1和2,C代表彈簧阻尼系數;S0代表懸架運動期間生成的位移;K代表彈簧剛度系數;θ0代表懸架作業期間旋轉角度大;T0代表時間;L代表旋轉中心與阻尼器之間的距離。

  根據各個參數之間的關系,構建關于設備作業時間的函數,分別為旋轉角函數和位移函數,假設設備轉動慣量為25000kg·m2,噴桿質量為500g,將兩函數歸并為一個系統模塊,形成關于彈簧阻尼器控制的噴桿運動方程:

  公式(1)中,V代表噴桿運動速度;V0代表懸架運動速度;S和S0均代表位移,前者為噴桿作業期間產生的位移,后者為懸架作業期間產生的位移。

  利用Laplace變換處理方法,對設備噴桿作業產生的位移進行模擬,得到平移傳遞函數。根據變量噴藥作業環境控制需求,C和K的參數數值,賦予變量,得到控制范圍內的平移傳遞函數,得到關系式如下:

  式(2)中,G(d)代表平移傳遞函數,令L12+L22=8m2。分析函數特性可知,懸架結構性能不容易受到彈簧阻尼器布設位置影響。當物體運動期間出現偏轉時,產生的噴霧波動幅度較大,穩定性偏小。為了延長噴頭使用壽命,保證基本噴藥設備自動化控制,本研究設定了噴頭作業速度控制限定范圍,要求大于0,不接近零,以噴藥區域最大范圍作為邊界條件,設定最大噴藥設備作業速度,從而更好地控制噴頭角度,避免造成噴藥浪費問題。

  2.3 變量噴藥設備控制系統設計

  (1)系統硬件框架結構設計。本文通過構建變量噴藥設備控制系統,實現噴藥機械設備自動化控制。該系統主要分為硬件控制板塊和軟件控制板塊,前者通過搭建硬件框架結構,根據自動化控制需求,合理布設硬件設備,后者借助操作終端,下達設備作業控制命令,令設備自行完成噴藥任務。

  按照功能部分,在系統硬件框架結構中布設8個節點,分別用于支路控制、線路模擬控制、數字量控制、主流閥控制。其中,編號為1的節點,作為噴藥控制開關,作用于支路閥門開/關狀態切換控制;編號為2~6的節點,布設超聲測高、支路壓力控制裝置,通過數?刂,實現裝置兩種裝置控制;編號為7的節點,布設液位計、GPS裝置,通過數?刂,實現裝置兩種裝置控制;編號為8的節點,布設回路壓力裝置、流量統計裝置、速度測量裝置,通過數?刂,實現裝置三種裝置控制,同時,對主節流閥進行有效控制。

  (2)變量噴藥自動化控制結構設計。本設計方案采用自動化控制模式,以系統的流量統計結果作為控制命令下達依據,確定噴藥裝置作業參數,同時,測量裝置行走速度。該控制結構主要由流量計、節流閥、噴頭、下位機、上位機5部分組成。其中,上位機作為命令下達裝置,設定目標流量參數數值,作為噴藥作業控制標準。該控制結構利用流量計采集噴頭實際作業流量,發送至下位機,在此環境下,對比實際流量與目標流量差異,要求定量誤差控制在5%以內。如果兩個流量差值超出了5%,則認為當前自動化控制裝置作業改善效果不明顯,不符合論文研究要求。

  (3)流量閥控制結構設計。為了盡可能減小實際流量與目標流量差值,本研究在自動控制系統硬件架構中添加了流量控制閥門,通過調節閥門參數數值,從而實現流量控制。首先,下發電機額定電壓作業命令,控制電機轉動速度。其次,適當減小電機轉動速度,測量此時實際流量,將該數值與目標流量數值進行對比。最后,依據流量差值,調節節流閥球度,使得二者流量達到相似水平,控制差值在5%以內。

  3 應用測試分析

  機械自動化控制技術在農作物噴藥中的應用,根據傳感器等裝置采集的數據,確定噴藥流量控制要求,在模糊控制系統作用下,不斷調節噴頭流量、作業方向、噴射角度等參數,從而達到提高控制精準度的目的。為了檢驗本文提出的自動化控制系統設計方案可行性,本文將此系統投入使用,選取某試驗田作為系統測試環境,對系統作業性能進行測試。其中,測試指標為噴藥流量控制精準度,通過測試實際噴藥流量,將此數值與目標噴藥流量進行對比,隨機選取5株農作物作為噴藥對象,計算噴藥流量精準度,如果誤差在5%以內,則認為該自動化控制方案可行。另外,本次測試還觀察了設備自動化控制持續性能,連續10小時作業,系統并未出現異常,支持連續噴藥自動控制,滿足田間噴藥需求。所以,本文設計的噴藥設備機械自動化控制系統可以作為田間噴藥控制裝置。

  4 結語

  本文圍繞機械控制中的自動化技術展開研究,以該技術在農業噴藥控制領域中的應用方案為例,探究自動化技術原理及應用方法。通過本文的研究,設計了一套高精準度噴藥流量控制的自動化控制系統,以此減少噴桿作業受周圍環境的影響,使得噴藥裝置流量控制性能得以提升,希望對我國農業發展有所幫助。在下一步的研究中,可以將機械自動化技術與軟件程序開發聚集到一起,從程序控制角度出發,進一步改善變量噴藥控制系統性能。

  參考文獻

  [1] 李佳立.船舶輔助機械自動化控制中PLC技術的應用分析[J].艦船科學技術,2019, 41(16):218-220.

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  [3] 楊潔.智能控制技術在煤礦機電設備中的應用——評《煤礦井下智能設備電氣控制實用技術》[J].礦業研究與開發,2020(1):168-168.

  自動控制論文第二篇:固體充填液壓支架自動控制系統分析

  摘要:在采煤過程中會產生大量的固體廢棄物,對環境會造成極大的污染,同時在采煤之后還會由于地面沉陷,對生態環境造成破壞;诖,本文提出了一種固體充填開采技術。實踐證明,該技術可以有效解決采煤所產生的廢棄物堆積、地表塌陷等問題,充分保障工作人員工作安全。同時,為進一步提升固體充填液壓支架自動控制的水平,需要對其自動控制系統進行詳細的研究。

  關鍵詞:固體充填; 液壓支架; 自動控制系統; 煤炭開采; 地面塌陷;

  毋庸置疑,煤炭的開采極大地破壞了我國的地表生態環境,讓很多被開采過的農田無法恢復種植功能。甚至由于地面塌陷的出現,造成大面積的水體流失,嚴重影響到周邊居民的日常生活。因此,煤炭開采區的土地整治、生態保護、基礎設施建設等工作,就顯得十分重要。

    1 固體充填液壓支架 

  在采煤礦區所使用的固體充填液壓支架,是一種有效的實現固體充填采煤技術的重要機械設備。在實際使用中,不僅可以有效發揮支撐頂板的作用,同時也為工作人員的施工作業,提供了一個安全的區域。另外,在采煤過程中出現的大量煤矸和其他類型的材料,可以將其當做重要的充填物,回填到采礦區當中。因此,在使用固體充填液壓支架的過程中,也就將采煤與充填完成了同步的操作[1]。

  固體充填液壓支架可以有效的讓刮板輸送機與采煤機保持較高的聯動性,這樣就極大地提升了采煤的整體效率。而一旦對充填液壓支架實現了遠程控制,可以降低井下工作人員的整體工作量,推動了井下無人作業的施工作業。在實際控制中,可以實現充填液壓支架的自動跟機、自動推移以及自動充填操作。

  這種自動化的遠程操控,需要建立起一套完整的固體充填液壓支架自動控制系統,以此有效地降低井下作業的工作人員數量。再由操控系統來推進的采煤工作,由于實現了自動化作業,極大地提升了工作效率和工作安全性,不再需要在一些危險性較高的區域安排工作人員。這樣在保障了作業安全性的前提下,也控制了人工成本的投入,是一種保障經濟效益的重要技術方式。對于一些原本人工作業需要休息而發生的作業間斷問題,采用了這種自動化系統之后,可以實現全天自動化的持續性作業。因此這樣的施工作業方式,不僅僅有效地提升了煤礦資源開采的利用率,同時也讓一些原本人工無法進行開采的煤炭資源,實現高效率的自動化開采,提升煤炭資源的整體利用率[2]。

  2 固體充填開采工藝分析

  在充填采煤工作面之上,需要保障采煤作業與充填作業同時開展,但是還要保持一定的獨立性,以此避免對工作造成嚴重的影響。在采煤機進行采煤的時候,往往是在充填液壓支架的后方,進行充填作業。這樣的充填作業的效率,就可以得到有效的保障。但是,由于不同割煤機在采煤的時候其方向不同,因此需要充填的位置也不同。在當下割煤機的實際運行中,主要分為兩種不同的充填方式。第一種是基于后置刮板輸送機的機尾位置開始填充作業,一直到刮板輸送機的機頭位置,完成填充作業。第二種則是一種貫穿機頭到機尾的充填方式。使用哪種充填方式,主要還是基于采煤機的位置進行合理選擇。

  3 固體充填液壓支架自動控制系統

  3.1 系統總體設計

  在充填采煤的進程中,其自動化控制系統的作用,主要體現在集合監測、遠程控制、遠程修改以及參與等方面的設置。因此,為了實現這樣的功能,就需要使用電源、支架控制系統、井上中央控制主機、井下中央控制主機[3]。對于構建出的自動控制系統而言,在上位機上可以顯示出井下充填液壓支架在運行過程中出現的參數。另外,還可以在運行中實現參數方面的自動存儲。這樣就可以讓工作人員在巡檢的過程中,實現歷史記錄的查看。中央控制裝置的使用,是一種由支架控制器與中央控制主機所構成的裝置設備。而其中支架控制器在使用中,能夠對固體充填液壓支架進行有效的控制。而井下中央控制主機,則是對于機械設備在實際運行中各項傳輸數據方便的記錄以及保存。

  3.2 井上中央控制主機

  在整個液壓支架控制系統當中,井上中央控制主機起到了關鍵性的作用。在運行中,主要負責機械設備運行過程中的一些情況,或者對一些重要數據參數的顯示。這樣就可以對其顯示的眾多參數進行調整,以此實現充填液壓支架的整體控制,并實現對井下企業機械設備的控制。對于這種井上中央控制器的使用,實現了各種機械設備在實際運行中所形成的眾多關鍵數據,并將其完整的記錄下來,經過中央處理器的數據分析之后,形成對應的數據變化曲線。同時,中央控制主機也有著一定的報警機制。監測系統一旦監測到個別數據出現了異常情況,其報警系統就被觸發,以此向工作人員發出告警信息,指導工作人員對相應位置進行查看。這樣的報警系統在運行中,也會完整的記錄出現故障時該位置的參數變化,通過故障報表的形式形成故障記錄。

  3.3 井下中央控制主機

  對于井下中央控制主機的工作功能而言,是一種有效對固體充填液壓支架進行的監測設備,可以完整的記錄其支架在運行當中的具體運行狀態,同時還會與支架控制器保持著信息溝通。在井下中央控制主機的運行中,其重要的功能在于可以實現實時監測、故障診斷、遠程控制、數據查詢以及上傳數據等功能。

  在井下中央控制主機的運行中,可以實現對全部井下傳感器的數據采集,之后再將采集到的數據信息,利用總線傳輸到上位機當中。一旦在系統運行的過程中,一些井下機械設備出現了故障,就可以很好的基于這種實時數據采集系統,實現問題的準確分析和定位,并在顯示器當中清晰顯示出來,幫助工作人員發現問題,以此開展及時的維護工作。同時,對于這種井下中央控制主機而言,還有著對數據信息的儲存功能。在接收到傳感器所采集的信息,或者一些其他設備產生的數據信息之后,就可以有效對其數據信息進行存儲。而在得到了系統權限之后,工作人員才可以進入到系統當中,對其數據信息查閱和調用。

  3.4 支架控制系統

  系統當中的支架控制系統,是一種起到對固體充填液壓支架進行動作控制的重要系統。在實際運行中,可以有效利用上位機進行指令方面的下達,進而能夠有效利用電磁先導閥,進行主控閥的整體設計。另外,主控閥還可以有效實現油缸方面的伸縮控制,這樣就可以讓充填液壓支架滿足動作方面的控制需求。在構成支架控制系統方面,主要由支架控制器、電磁先導閥、電磁閥等設備所構成。同時,為了實現高效率運行,還會涉及到各種通信電纜和傳感器,進行數據方面的傳輸和采集[4]。

  對于這種支架控制器來說,是整個液壓支架自動控制系統的重要構件。這是因為其控制器的設置起到了對整個控制系統的自動控制功能。而在上位機下達了控制指令之后,就可以讓其支架控制系統基于下達的指令內容,實現具體的控制操作。而在與上位機發生通信終端的情況下,由于無法得到控制指令,就可以有效利用支架控制系統的控制面板,實現對填充液壓支架方面的控制。

  控制面板的使用,承擔起人機交互的重要載體。在構成上,為工作人員提供一個可以進行操作的顯示屏,不僅僅可以有效對液壓支架提供控制功能以外,還可以很好對充填液壓支架的各種參數,進行詳細的顯示。另一方面,在充填液壓支架出現了故障問題之后,或者在其他的位置出現了故障問題,都能夠得到完全的顯示。而在支架控制系統的運行中,還可以利用控制充填液壓支架的方式,實現千斤頂的伸縮操作。這樣在系統的運行中,便實現了對支架升柱、降柱、移架以及推壓密實方面的具體操作。

  3.5 固體充填液壓支架控制

  在當下的固體充填過程中,要基于采煤工藝的實際需求,以此合理選擇一種固體充填液壓支架的控制方式,這樣便可以實現良好的控制功能。在充填液壓支架的運行中,往往下達指令發生動作,并對傳感器當中的數據信息進行采集,且使用電磁先導閥進行有效控制。其后,還要能夠有效控制液壓支架當中的液壓油缸,以此完成填充液壓支架的動作控制。

  為此,在完成了固體充填液壓支架之后,還要基于原本設定的程序,并結合當下作業現場的實際情況,對其充填液壓下達接下來的動作指令。液壓支架不僅僅可以在系統當中承擔起對工作面的支撐作用,同時也可以獨立完成推溜、移架等方面的操作。在當下施工作業當中,對于充填采煤技術方面的技術標準,在固體傳統液壓支架的運行中,需要采用順序移架的方式,以此在采煤機與液壓支架有著一定距離之后,才可以進行充填作業。因此,在充填液壓支架完成了移架之后,就可以讓相關設備就位,以此完成相應的充填作業。

  其次,在固體充填液壓支架的系統當中,還要配置大量的傳感器。相比較傳統的支架結構,添加了充填結構,為此就要在充填位置處,安裝一定的傳感器。在支架的運行中,傳感器起到了推動密實機進行密實作業的作用,并對作業過程中的傾角值進行檢測。同時,在推壓裝置上還安裝了壓力傳感器,以此就可以有效對推壓力實現大小的檢測。另一方面,還可以很好的起到控制推壓密實機運行程度的效果,這樣最大程度上控制與后置刮板之間所出現的一定程度碰撞,甚至出現一定的危險。而在落料高度傳感器的使用上,起到對落料方面的堆積高度檢測作用。在檢測到達指定的高度之后,就馬上關閉卸料口,以此開展推壓密實方面的操作。

  4 總結

  綜上所述,本文從軟件與操作方式方面著手,詳細分析了固體充填液壓支架自動控制系統。實踐證明,該系統可以起到自動化、高效率的作業效果,值得大面積的推廣應用,以最大限度地避免采煤之后對于環境的破壞。

  參考文獻

  [1]馬婧.干式充填液壓支架結構設計與加載試驗方式研究[D].邯鄲:河北工程大學,2020.

  [2]馮秀武,王瑜乾.煤礦采礦工程中的采礦工藝與技術分析[J].南方農機,2017,48(8):64.

  [3]趙立勝,郭進喜,趙昊,等.固體充填液壓支架自動控制系統技術研究[J].煤炭技術,2020,39(2):170-172.

  [4]張強,武中亞,杜二寶,等.充填采煤液壓支架工作阻力設計方法研究[J].采礦與安全工程學報,2020,37(1):118-127.

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