大型带式输送机动态建模及模型降阶.pdf

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1、大型带式输送机动态建模及模型降阶任文娟陈薇方敏李鑫张明合肥工业大学合肥230009摘要：通过有限元方法建立大型带式输送机的动态模型，并通过基于系数矩阵的有序实Schur分解的模型降阶法对带式输送机系统模型进行降阶处理，得到低阶模型，绘出其频率特性Bode图，比较降阶前后系统的频率特性。关键词：大型带式输送机；动态建模；模型降阶中图分类号：TH222文献标识码：A文章编号：1001—0785(2011)05—0008—04Abstract：Dynamicmodeloflargebeltconveyorisestablishedviaf

2、initeelementmethod，andbeltconveyorsystemmodelorderisreducedviamodelreductionmethodofrealSchurdecompositionbasedoncoefficientmatrix．Basedonit，thepaperacquireslowordermodel，drawsitsfrequencycharacteristicBodediagramandcomparesthefrequencycharacter-isticsofthesystembefore

3、andafterthereduction．Keywords：largebehconveyor；dynamicmodeling；modelreduction况下，带式输送机在运行过程中，施加于某点的0引言驱动不能均匀地传到整个输送带的各点上，而是带式输送机以其连续输送的特点被广泛应用在粘弹体的输送带上形成弹力波，特别是在启于冶金、化工、矿山、电站和港口等工业领域。动、制动过程中，输送带各点的速度、加速度为了适应高产高效集约化工业生产的要求，带式和张力变化都很大，输送带各点的动特性均不输送机必然以长距离、大运量、高带速、大功率相同，因此

4、建立输送机的动态模型对保证输送为发展方向，其核心技术是开发应用带式输送机带的工作安全性及控制有效性都有着重要的动态分析与监控技术，保证带式输送机的运行性意义。能和可靠性。本文采用有限元分析法建立输送带的纵向动动态设计和监测是大型带式输送机向长距离、特性模型。有限元分析法是把输送带环形分割成大功率方向发展的核心技术，随着CAE技术的发若干小段，每小段都用能反映输送带动力特性的展，有限元法逐渐成为带式输送机模型研究的有数学模型来代表。从物理本质上来分析，离散系效方法。为了保证模型的准确性，通过有限元方统和连续系统并无本质区别，若把连续系

5、统的分法建立的数学模型一般阶次较高，并且计算时间布质量分段聚缩到有限各点上，各点之间用无质随着阶次的增加成倍增长，不利于进行实时控制，量的弹性元件、粘性元件连接起来，则该系统便所以，引入模型降阶对于系统的实时控制和系统转化为离散系统。它们之间具有相同的动力特性，控制器的设计都是十分必要的。如图1所示。1带式输送机的模型-带式输送机由输送带、传动装置、张紧装--置、托辊、各类滚筒清扫及装卸等辅助装置卜I组成。jI一Ii：l：I．‘jI：由于生产发展和经济性的需要，带式输送机输送带的有限元模型单机长度越来越长，带速越来越高，在高速的情安

6、徽省高校优秀青年人才基金项目(2009SQR2014)；国家自然科学基金项目(61004082)一8一《起重运输机械》2011(5)图1中：Ki、C、、Z-、分别为第i段胶取重载段胶带段数为，回程段胶带段数为带的弹性系数、粘性系数、质量、所受摩擦力、Ⅳ，按照上述方法对输送带的每一段进行分析，并位移，为胶带的运动速度。选取状态变量为。以牛顿第二定律为基础建立带式输送机系统Z1=1，Z21，Z3：2，z4=2，⋯，的数学模型，即系统中某一点的惯性力等于其所～一。。。Z(2Z㈤x’。一I)，受外力之和。hq一。～C一～输一出。为一～～m=

7、k一1(一1一)+c一1(一1一)一Yl=Z2，Y2=Z4，⋯，Y：Z2k。(一+)一c(一互+)-A(1)则系统状态空间表达式为十一式中：、王、、m、、C、／=分别为第i{r2：AZ+曰(2)v：cz段胶带的位移、速度、加速度、质量、弹性系数、原系统的系数矩阵分别为粘性系数及所受的摩擦力。O0⋯k1+0···00⋯～～o0b一～k．k22I112m20～～～一0Olk2+k3。2+。3+甜3Om3m3。00001f!0⋯．．mfM+)0％～O0o0曰=【00o．．⋯⋯⋯0012基于系数矩阵的有序实Schur分解的模J1×(2(M+

8、Ⅳ))型降阶01000⋯⋯⋯⋯000010⋯⋯⋯⋯02．1模型降阶方法的发展0000O10⋯⋯020世纪60年代末到70年代发展起来的大系C=统理论中，模型降阶是其重要内容之一，比较成熟经典的降阶方法主要有Pade逼近法、时间矩法、0