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《浙江大学》 2011年
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高大空间火灾模拟及探测平台电液驱动系统关键技术研究

侯继伟  
【摘要】:随着高大空间建筑的迅猛发展和广泛应用,针对高大空间建筑场所如何防火、控火、灭火等消防安全问题展开的科学研究已成为世界各国的消防科研人员在火灾科学和消防科技领域的重要研究课题。但由于设备技术条件的限制,长期以来有关高大空间建筑的消防科学技术研究多集中于火灾的计算机数值模拟等方法而非实体火灾模型。高大空间火灾模拟及探测平台是我国“十一五”期间为了开展基于实体火灾模型的高大空间建筑的消防科学技术研究而由“十一五”国家科技支撑计划专题项目支持研制的大空间火灾科学研究设备。该设备是一个重约75吨、长宽均33.0米、高度2.2米的正放四角锥双层网架结构的大型竖直升降平台,如何驱动该升降平台在3~24m的竖直净空高度范围内实现连续同步升降和精确定位控制是该设备研制过程所面临的最关键的技术难题。论文针对该高大空间火灾模拟及探测平台几何跨度大、负载重且不均衡、升降行程长且易变形等结构特点,综合机械传动,电液控制、系统仿真、智能控制等相关技术或理论,设计研制了一套高大空间火灾模拟及探测平台的电液同步驱动系统,并围绕着该电液同步驱动系统的驱动机理、驱动结构以及同步控制策略等相关的关键技术进行了深入的理论分析、设计和试验研究,并最终实现了高大空间火灾模拟及探测平台的大范围高精度同步升降控制。论文的主要研究内容如下: 第一章,首先从高大空间建筑存在的消防安全问题出发,阐述了目前高大空间火灾自动探测报警技术的研究现状,指出了高大空间火灾模拟及探测平台对开展消防科学研究的重要性,接着概述了目前此类大型重载升降平台的驱动系统所涉及的各种关键技术的研究现状及发展情况,并重点阐述了目前电液同步控制技术的研究和应用现状;最后概括了论文的研究意义和主要研究内容。 第二章,针对高大空间火灾模拟及探测平台几何跨度大、负载重且不均衡、升降行程长,易变形的特点,首先通过ANSYS仿真软件对平台的驱动吊点的数量及布置方案进行了优化设计,设计提出了三点机械对重+三点柱塞缸侧置2:1顶升的电液同步驱动机理;其次对该平台电液同步驱动系统的机械结构的实现进行了详细的设计与研究,给出了平台的总体驱动结构;最后对平台的三柱塞缸电液同步驱动系统进行了原理和集成设计,并介绍了平台监测控制系统的结构原理设计以及硬件的集成设计 第三章,以阀控柱塞缸机构的数学模型为基础,分析建立了高大空间火灾模拟及探测平台三柱塞缸电液同步驱动系统的非线性数学模型;并以建立的系统模型为基础,借助AMESim仿真软件建立了两柱塞缸电液同步控制系统的仿真模型,并对影响系统同步控制性能的因素进行了仿真分析,仿真结果表明对三柱塞缸电液同步控制系统的同步控制策略进行研究的必要性。 第四章,主要研究高大空间火灾模拟及探测平台电液驱动系统的智能自适应同步控制策略---模型参考模糊自适应电液同步控制策略。通过对模型参考自适应控制原理、模糊逻辑控制理论的研究与分析,采用模糊逻辑控制理论设计模型参考自适应控制器的自适应律以实现三个支路对同一个期望参考模型动态和稳态输出特性的高精度实时跟踪控制,从而提高三个支路的同步控制性能。随后在AMESim/Simulink联合仿真平台上分别采用模型参考模糊自适应电液同步控制策略和单支路PID同步控制策略进行了对比仿真实验,验证了所设计的模型参考模糊自适应电液同步控制策略具有良好的动态、稳态性能以及鲁棒性。 第五章,首先详细介绍了高大空间火灾模拟及探测平台电液同步驱动系统的PLC控制软件的结构设计以及基于WinCC组态软件的人机操作界面的设计开发;其次,分别采用传统PID控制策略和模型参考模糊自适应电液同步控制策略对平台的电液同步驱动系统进行了对比试验研究,试验结果验证了论文所提出的三点机械对重十三点柱塞缸侧置2:1顶升的电液同步驱动机理和驱动结构设计的合理性、可靠性以及工程实用性,也表明了所设计的智能同步控制策略的自适应性和鲁棒性等;最后介绍了该平台在消防科学研究中的初步应用情况。 第六章,总结了本论文的主要研究工作和创新点,并对下一步研究工作进行了展望。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X928.7

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【参考文献】
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