工矿自动化

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朱金雨, 李国莲

2013, 39(12): 1-4. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.001

<摘要>(52) <PDF>(22)

摘要:
针对目前液压支架电液控制系统自动化程度低的问题，设计了一种液压支架跟机自动化系统。该系统以采煤机牵引位置和方向为基准，根据预先设定的液压支架动作规则控制液压支架动作，使液压支架可跟随采煤机及时有序地进行带压移架和成组推溜操作。测试结果验证了该系统的可行性。

煤矸光电分选系统设计

王卫东, 张晨, 马中良, 曹春晓, 王彤彤, 张璐琪, 任春醒, 梁静

2013, 39(12): 5-8. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.002

<摘要>(79) <PDF>(14)

摘要:
针对煤矸石井下分选回填及综合利用的需求，提出了一种基于激光三维扫描与动态称重的煤矸光电分选系统的设计方案。首先由称重部分对被测物称重，并从所拍摄的每幅被测物图像中提取激光线，计算每幅图像中被测物光切面的面积，然后根据被测物的体积和质量，按照识别算法对煤矸石进行识别，并根据识别结果向煤矸分选驱动机构发送分选信号，从而实现煤与矸石的在线实时分选。测试结果表明，该系统配合相应的执行机构能够准确地识别出煤和矸石，识别率为90%。

矿山溜井全景扫描装置研制

石志军, 刘艳章, 叶义成, 涂福泉, 赵卫, 张旭, 杨克尼

2013, 39(12): 8-12. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.003

<摘要>(51) <PDF>(16)

摘要:
针对人工检测溜井方法无法清晰观察矿山溜井井壁情况且存在安全隐患的问题，设计了一种包括数据采集系统、提升系统、井深定位系统和数据处理与视频监视系统的矿山溜井全景扫描装置。数据采集系统通过呈对称布置的4台摄像机采集溜井井壁图像数据，图像数据由千兆网交换机处理后经千兆网线传输到数据处理与视频监视系统，数据处理与视频监视系统将井壁图像展开，显示在视频监视界面上；井深定位系统采集扫描探头在溜井中的深度信息，井深定位程序根据计数轴的周长和深度信息计算出扫描探头在溜井中的深度。实际测试结果表明，该装置能够实现对高深度、大直径、无光源溜井的全景扫描。

基于ZigBee的智能瓦斯报警矿灯设计

刘江霞, 武强, 范宝德

2013, 39(12): 13-17. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.004

<摘要>(58) <PDF>(14)

摘要:
针对传统瓦斯检测方法只是对矿井某些重点位置进行不间断监测的问题，设计了一种基于ZigBee的智能瓦斯报警矿灯。该矿灯作为ZigBee网络中的移动节点，采用LED光源、锂电池供电，具有瓦斯检测、无线定位、ZigBee通信、充电管理及保护等功能。测试结果表明，该矿灯的实际参数和通信功能均满足设计要求，可实现煤矿井下瓦斯检测的全方位覆盖。

基于类令牌环的RS485多主通信协议模块设计

王树丰, 方斌, 程大伟, 李龙

2013, 39(12): 17-20. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.005

<摘要>(159) <PDF>(14)

摘要:
针对现有煤矿安全监控系统的RS485总线采用主控机对子通信节点轮询呼叫方式存在实时性差、无法实现即插即用功能、通信效率低的问题，设计了一种基于类令牌环的RS485多主通信协议模块。令牌信息包含在每个数据帧的帧头，RS485总线空闲4 byte时间内为帧结束标志，RS485总线空闲4～5 byte时间内为关键设备抢发时间，RS485总线空闲5～6 byte时间段为一般设备抢发时间；正常情况下通信节点按令牌顺序轮流与主控机交互数据，当设备有紧急情况需要抢先上传数据时，可在抢发时间内抢占RS485总线。测试分析表明，在RS485总线容量不大且信道干扰较小的情况下，该模块具有良好的使用效果。

高精度硅压阻式气压计设计

高磊, 马英辉, 刘祎, 毛万华

2013, 39(12): 21-25. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.006

<摘要>(78) <PDF>(11)

摘要:
针对硅压阻式气压传感器因温漂、离散性大而使其应用受限的问题，设计了一种高精度硅压阻式数字气压计。该气压计采用全温度范围的曲面拟合算法进行温度补偿和线性化处理，解决了硅压阻式气压传感器的温漂和非线性问题；在ATmega88PA微控制器内采用软件实现压力数据的温度补偿，并通过RS485接口将数据发送给上位机。测试结果表明，在-40～+60 ℃范围内，该气压计测量误差在0.50‰以内，满足设计要求。

基于DP/LIN总线的矿用控制系统

霍军军, 张英梅

2013, 39(12): 26-28. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.007

<摘要>(102) <PDF>(11)

摘要:
针对LIN总线技术应用成本较低、低速通信性能可靠的特点，设计了一种基于DP/LIN总线的矿用控制系统。该系统由DP/LIN通信主机和基于LIN总线的数据采集和输出模块组成，DP/LIN通信主机作为LIN总线通信网络的主节点，实现Profibus-DP总线和LIN总线之间的数据转换；基于LIN总线的数据采集和输出模块作为LIN总线通信网络的从节点，实现监测数据的采集和控制信号的输出。测试和实际应用结果表明，该系统可降低煤矿生产成本，并提高数据采集和控制的灵活性。

煤炭在线动态称重系统研究

李萍, 王彦文

2013, 39(12): 29-33. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.008

<摘要>(116) <PDF>(15)

摘要:
分析了目前煤炭在线动态称重系统即胶带秤动态称重系统、矿车衡动态称重系统和箕斗秤动态称重系统的称重原理及优缺点，提出了一种具有高计量精度的基于图像处理技术的矿车衡称重系统；研究了煤炭在线动态称重系统中的关键问题，即标定方法、称重传感器、动态数学模型、数据处理算法和上位机系统软件，指出在提高标定精度的同时降低标定难度是煤炭在线动态称重系统标定方法的研究方向；振弦式称重传感器是称重传感器未来发展方向；先进的技术和理论是动态数学模型和数据处理算法的研究方向。

基于遗传算法模糊多元线性回归分析的瓦斯涌出量预测模型

王江荣

2013, 39(12): 34-38. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.009

<摘要>(76) <PDF>(11)

摘要:
针对经典线性回归模型不能完全反映变量间的耦合关系而不适宜于有模糊数的瓦斯涌出量预测的问题，提出了一种基于遗传算法模糊多元线性回归分析的瓦斯涌出量预测模型。采用灰关联分析法和SPSS软件线性回归分析法确定影响瓦斯涌出量的主要因素；把历史数据样本分为建模数据样本和检测数据样本，采用遗传算法求出模糊回归参数的中心值和模糊幅值。实验结果表明，该模型具有较高的精确度和可操作性。

煤岩声发射信号识别研究

童敏明, 李朋真, 童紫原, 李猛

2013, 39(12): 38-42. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.010

<摘要>(38) <PDF>(16)

摘要:
针对煤岩破裂的声发射信号难以在复杂的噪声环境中识别的问题，提出了一种基于小波包分析和小波特征能谱系数分析的煤岩声发射信号识别方法。选取Symlets小波作为煤岩声发射信号分析的小波基函数，采用混合阈值算法对该信号进行去噪处理，提取出有用声发射信号，并采用Matlab软件分别对有用声发射信号和噪声信号的小波包分解进行仿真，得到两者的小波特征能谱系数和小波包特征向量。仿真结果表明，有用声发射信号特征向量的各级能量变化程度较大，噪声信号特征向量的能量变化较为稳定，从而可实现煤岩声发射信号的识别。

基于功率谱分析的球磨机负荷模型

张杰, 王建民, 杨志刚, 李艳姣

2013, 39(12): 43-47. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.011

<摘要>(32) <PDF>(16)

摘要:
建立了基于功率谱分析的球磨机负荷模型，分析了球磨机负荷、磨音声强和磨音频谱分布三者之间的关系：磨音检测点处的声压与球磨机筒体振动速度的平方成正比，声音频率与球磨机筒体振动频率成正比，随着球磨机负荷的增加，磨音信号逐渐减弱；磨音频谱主要分布在1 500 Hz以下，当球磨机正常运行时，磨音频谱分布较为均匀, 当球磨机欠磨运行时, 磨音频谱主要分布在0～1 000 Hz。Matlab仿真结果验证了所建立的球磨机负荷模型的可行性和有效性。

煤矿井下低压电力线信道传输衰减特性研究

魏绍亮, 刘大海, 常颖, 周广平, 王学慧

2013, 39(12): 48-50. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.012

<摘要>(36) <PDF>(11)

摘要:
针对煤矿井下低压电力线网络拓扑结构复杂，多径传输模型难以适用于煤矿井下低压电力线信道建模的问题，对煤矿井下低压电力线信道传输特性进行了测试，指出煤矿井下信号的衰减随着传输距离的增加而增加，随着频率的改变而改变，并伴随着一定的选择性衰落；把选择性衰落看作是谐振频率点，采用串联谐振电路模型对煤矿井下低压电力线信道衰减特性进行建模仿真，结果表明，串联谐振电路模型可以很好地反映煤矿井下低压电力线信道传输特性。

并联型有源电力滤波器双闭环控制策略研究

任子晖, 朱慧, 刘伟, 徐盛龙

2013, 39(12): 51-54. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.013

<摘要>(29) <PDF>(10)

摘要:
分析了并联型有源电力滤波器控制器双闭环控制策略的实现原理：针对PI控制不能无静差地跟踪交流信号、重复控制动态响应速度较慢的问题，提出了电流内环采用基于重复控制和PI控制的复合控制策略，该策略利用重复控制改善并联型有源电力滤波器控制系统的稳态跟踪性能，利用PI控制改善并联型有源电力滤波器控制系统的动态特性；针对PI控制较难确定并联型有源电力滤波器控制系统的传递函数、不能在线整定PI参数的问题，电压外环采用模糊PID控制策略控制直流侧电压。Matlab/Simulink仿真结果验证了该控制策略的正确性和可行性。

载波移相调制死区时间对模块化多电平换流器的影响研究

宋平岗, 李云丰, 王立娜

2013, 39(12): 55-60. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.014

<摘要>(24) <PDF>(11)

摘要:
分析了死区时间对模块化多电平换流器单个子模块的影响，得出了以下结论：桥臂电流大于零时，子模块从投入状态转向切除状态会产生正极性的死区电压；桥臂电流小于零时，子模块从切除状态转向投入状态会产生负极性的死区电压。分析了死区电压对模块化多电平换流器理想基波电压的影响，推导了输出死区基波电压等效幅值、实际输出电压基波幅值及角度偏移量的公式，得出了以下结论：直流侧电压一定时，死区电压对模块化多电平换流器的影响与载波比、死区时间和输出电压与电流的相位差有关，与投入模块数无关；提高电压调制度和降低死区时间可有效降低死区时间对模块化多电平换流器的影响。仿真结果验证了上述结论的有效性。

永磁同步电动机交轴与直轴电抗仿真分析

王迎, 文绍龙, 胡堃

2013, 39(12): 60-63. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.015

<摘要>(69) <PDF>(13)

摘要:
针对传统的电动机磁路计算忽略了铁芯等区域的磁阻而不能准确计算电动机交轴、直轴电抗的问题，采用电磁分析软件Maxwell对一台内置式永磁同步电动机进行电磁分析。分析结果表明，在计算交轴和直轴电抗时，可以不考虑直轴磁路饱和，但必须考虑交轴磁路饱和；直轴磁路和交轴磁路存在着共磁路问题，在计算交轴、直轴电抗时，不能忽略磁路交叉饱和对电抗的影响。

基于速度反馈的直流电动机复合控制方法

黄知超, 张科伟, 谢霞, 王斌

2013, 39(12): 64-69. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.016

<摘要>(44) <PDF>(5)

摘要:
针对传统的直流电动机控制系统存在响应速度慢、抗干扰能力差的问题，提出了一种基于干扰观测器和速度观测器的直流电动机复合双环控制方法。该方法在直流电动机PID控制中加入前馈控制、干扰观测器和速度观测器。前馈控制用于提高系统的响应速度和跟踪特性；干扰观测器将外部力矩干扰及电动机模型参数变化造成的实际对象与名义模型的输出差异，等效到控制输入端，即观测出等效干扰，在控制中引入等效补偿，实现对干扰的完全抑制；速度观测器是将系统的转矩指令和实际速度作为输入，利用观测和滤波功能，得到一个不包含高频成分且不滞后于实际电动机速度的观测速度来代替实际速度，作为速度反馈信号。仿真结果表明，该方法具有很好的鲁棒性，降低了因测量噪声带来的电动机振动现象及速度和位置跟踪误差。

数字互相关技术在交流电法仪中的应用

吴来杰, 马斌, 路桂英

2013, 39(12): 69-72. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.017

<摘要>(32) <PDF>(11)

摘要:
针对传统电法仪在测量电阻率大的地层时存在测量精度低的问题，提出了一种在交流电法仪中应用数字互相关技术降噪的方案。该方案将交流电法仪接收电极上的测量信号和激励源的参考信号进行AD转换后，在DSP处理器中计算测量信号和参考信号的互相关函数，提取测量信号中与参考信号同频率的有用分量，从而可有效滤除信号传输过程中的各种噪声干扰。测试结果表明, 采用数字互相关技术处理交流电法仪的微弱测量信号，可提高交流电法仪的测量精度和抗干扰能力。

小波神经网络PID在风电系统最大功率点跟踪中的应用研究

刘杰, 杨海群

2013, 39(12): 73-76. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.018

<摘要>(36) <PDF>(11)

摘要:
针对风电系统处于欠功率阶段时，风能利用系数必须保持在最大值处的问题，提出了一种基于小波神经网络PID控制器的最大功率点跟踪控制策略。该策略采用小波神经网络对风能利用系数进行在线辨识，1个辨识周期结束后返回此时的灵敏度信息，PID控制器根据该灵敏度信息调整PID参数。仿真结果表明，与常规PID控制器相比，小波神经网络PID控制器提高了风电系统的叶尖速比、风能利用系数和输出功率，缩短了响应时间，实现了风力发电机组的优化运行。

基于RBF神经网络PID控制的无线网络时延控制研究

孙小茜, 黄友锐, 曲立国

2013, 39(12): 76-81. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.019

<摘要>(30) <PDF>(11)

摘要:
针对不确定时延影响无线网络控制系统的控制性能、常规PID控制策略无法满足网络控制要求的问题，提出了一种基于RBF神经网络PID控制的无线网络时延控制方案。采用Matlab/Simulink的TrueTime工具箱建立了无线网络时延控制系统仿真模型，介绍了模型中网络模块、执行器模块、控制器模块的设计及RBF神经网络整定PID控制器参数的实现原理。仿真结果表明，与常规PID控制策略相比，RBF神经网络PID控制策略能够在一定程度上降低不确定时延对无线网络控制系统的影响，从而提高无线网络控制系统的稳定性。

基于D—S理论的双门限频谱感知算法研究

王梦东, 陈响, 管钰, 肖淑艳

2013, 39(12): 82-85. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.020

<摘要>(35) <PDF>(5)

摘要:
针对传统双门限频谱感知算法不能充分利用2个门限之间感知用户信息的问题，提出了一种基于D-S理论的双门限频谱感知算法。当感知用户接收到的信号能量介于2个门限之间时，该算法不直接给出判决结果，而是进行本地判决，即采用D-S理论进行数据融合。仿真结果表明，与传统双门限频谱感知算法相比，基于D-S理论的双门限频谱感知算法的检测概率较高，提高了整体的频谱感知性能。

基于零空间核决策分析的人脸识别研究

程婷婷, 王洪栋, 丁蕾

2013, 39(12): 86-90. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.021

<摘要>(32) <PDF>(11)

摘要:
针对零空间线性决策分析方法难以揭示人脸图像空间中数据的非线性结构的问题，提出了一种零空间核决策分析方法，详细介绍了该方法的推导过程及求解步骤。测试结果表明，该方法能够在核空间中提取类内离散度矩阵的零空间，并且最大程度上去除类间离散度矩阵的零空间，新提取的特征能够有效地用来进行人脸识别。

综采工作面回撤掩护支架电液控制系统设计

赵斌

2013, 39(12): 91-94. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.022

<摘要>(47) <PDF>(12)

摘要:
针对综采工作面回撤掩护支架的使用工况较为恶劣，工人靠近操作存在危险的问题，设计了一种综采工作面回撤掩护支架电液控制系统；给出了回撤掩护支架的主要技术参数及其在巷道中的布置方式，详细介绍了回撤掩护支架电液控制系统组成及主要设备配置。实际应用表明，该系统设计合理、操作简单、故障率较低，避免了井下工人在危险区域作业的问题。

一种智能锂电池矿灯充电柜设计

顾义东, 李亚彬

2013, 39(12): 95-97. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.023

<摘要>(54) <PDF>(19)

摘要:
针对锂电池矿灯中锂电池的寿命与充放电方法密切相关的问题，提出了一种智能锂电池矿灯充电柜的设计方案，介绍了该充电柜中矿灯充电及管理单元、中位机的硬件设计。实际应用表明，该充电柜可对矿灯锂电池的充电电压、充电电流进行精确控制，可采集矿灯是否在架、充电状态等信息，提高了矿灯管理的信息化水平。

基于物联网的煤矿安全监控系统体系架构研究

许金

2013, 39(12): 97-100. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.024

<摘要>(54) <PDF>(11)

摘要:
分析了传统的煤矿安全监控系统存在的问题，提出了一种基于物联网的煤矿安全监控系统体系架构，介绍了该架构中传感层、传输层、持久层、应用层所采用的关键技术。该架构对煤矿安全监控系统的发展具有一定的参考价值。

嵌入式煤矿井下机车自动控制系统设计

龚炳江, 窦维维, 陈斌

2013, 39(12): 100-102. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.025

<摘要>(42) <PDF>(11)

摘要:
针对煤矿井下机车运输的安全性问题，设计了一种嵌入式煤矿井下机车自动控制系统。基于RFID的读卡器通过无接触方式获得机车的位置信息，并将位置信息传输给主处理器，主处理器根据不同的位置信息，对机车发送不同的控制指令；轮轴脉冲转速传感器将测得的机车速度信息传输给主处理器，主处理器结合预定的车速对机车速度进行及时控制。测试结果表明，该系统可实现机车的启动、停车、加速、减速等控制，使机车在无人驾驶的状态下完成矿石运输功能。

嵌入式矿井通风机在线监测与故障诊断系统设计

刘朴, 付胜

2013, 39(12): 103-106. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.026

<摘要>(39) <PDF>(14)

摘要:
针对现有的矿井通风机在线监测与预警系统存在体积大、维护成本高，采用Windows操作系统缺乏专用性、易误操作等问题，设计了一种嵌入式矿井通风机在线监测与故障诊断系统。通风机和电动机的振动、温度、负压、电压和电流等监测量由对应的传感器和智能仪表传入到PLC数据采集系统，PLC数据采集系统将数据送入以太网模块，系统通过协议解析得到相应数据，显示在嵌入式设备上，并进行实时诊断和故障报警；带有RS485通信接口的振动传感器、温度巡检仪、智能电表，通过ModBus协议将采集的数据传送给嵌入式总线模块，实现监测与诊断功能。测试结果表明，该系统满足矿井通风机在线监测的各项技术指标，同时实现了监测设备的小型化和多样化。

矿用变频器湿度控制器设计

王团结, 胡建伟

2013, 39(12): 107-109. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.027

<摘要>(43) <PDF>(12)

摘要:
针对矿用变频器在结露情况下易损坏的问题, 设计了一种矿用变频器湿度控制器。该湿度控制器主要由主控制器、温湿度传感器、结露传感器和加热装置组成，当变频器内外温差较大导致变频器内部结露时，主控制器检测到结露传感器的闭锁信号后，使变频器停止工作，同时打开加热装置加速变频器内部水分蒸发，并发出报警信号；当主控制器检测到变频器内部环境恢复正常时，则解除报警信号，使变频器恢复正常工作。现场测试结果表明，该湿度控制器能够保证矿用变频器在潮湿环境下可靠工作。

基于AD7606的多通道数据采集系统设计

陶海军, 张一鸣, 曾志辉

2013, 39(12): 110-113. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.028

<摘要>(50) <PDF>(14)

摘要:
针对DSP芯片TMS320F2812自带的AD转换模块不能满足同步采集电流和电压参数要求的问题，设计了一种基于AD7606的多通道数据采集系统。详细介绍了系统中电压/电流输入电路、输入滤波电路、AD7606与TMS320F2812接口电路、AD转换程序的设计。测试结果表明，与TMS320F2812自带的AD转换模块进行AD转换的结果相比，采用AD7606进行AD转换的结果精度高、误差小，适合高精度AD转换电路。

开关磁阻电动机驱动系统人机界面设计

郑鑫, 宋建成, 曲兵妮, 靳志欣, 张中华

2013, 39(12): 113-116. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.029

<摘要>(34) <PDF>(6)

摘要:
针对现有的开关磁阻电动机驱动系统缺乏友好的人机界面来显示系统运行状态、设置给定参数的问题, 提出了一种基于简化的ModBus通信协议的开关磁阻电动机驱动系统人机界面的设计方案。给出了开关磁阻电动机驱动系统总体结构，详细介绍了人机界面中串行通信电路及通信程序的设计。调试结果表明，该人机界面运行稳定，实现了开关磁阻电动机驱动系统的友好显示和在线参数修改功能。

同步数字体系传输系统网络管理监控实现

刘礼, 杨多龙

2013, 39(12): 117-119. doi: 10.7526/j.issn.1671-251X.2013.12.030

<摘要>(27) <PDF>(12)

摘要:
针对同步数字体系传输系统中的切点网元控制板发生故障后，系统无法监控子环各节点状态的问题，以某集团公司的同步数字体系传输系统切点网元控制板故障为例，分析了该故障产生的原因，提出了相应的解决方案，即把子环任一网元控制板的Qx接口接入网络管理终端，从而实现对除故障节点外的整个子环网的监控。实际应用表明，该解决方案能够实现对同步数字体系传输系统承载的调度通信、视频会议等业务的实时监控。

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