Tên luận án:
NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỢP LÝ CHẾ ĐỘ KHOAN NHẰM GIẢM ĐỘ RUNG CHO MÁY KHOAN XOAY CẦU TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC MỎ
Ngành:
Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án "NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỢP LÝ CHẾ ĐỘ KHOAN NHẰM GIẢM ĐỘ RUNG CHO MÁY KHOAN XOAY CẦU TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC MỎ" tập trung giải quyết vấn đề rung động quá mức ở máy khoan xoay cầu (MKXC) trong khai thác mỏ lộ thiên. Hiện tại, việc điều chỉnh chế độ khoan (tốc độ quay, áp lực trục) chủ yếu dựa vào kinh nghiệm người vận hành, dẫn đến rung lắc, ảnh hưởng sức khỏe, hư hại cơ khí và giảm năng suất. Đề tài chỉ ra thiếu hụt các nghiên cứu chi tiết về ảnh hưởng của địa chất và độ cứng đất đá đến độ rung của MKXC tại Việt Nam.
Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất cấu trúc điều khiển hợp lý chế độ khoan, tích hợp các thuật toán điều khiển tiên tiến, nhằm giảm độ rung cho MKXC dựa trên thông tin về độ cứng đất đá và độ rung của máy. Ý nghĩa khoa học của luận án là đề xuất cấu trúc điều khiển thích nghi với điều kiện địa chất và độ cứng đất đá thay đổi. Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học, tài liệu tham khảo và giải pháp kỹ thuật để cải tiến hệ thống điều khiển, nâng cao hiệu suất, tuổi thọ thiết bị và đảm bảo an toàn lao động.
Những đóng góp mới của luận án bao gồm: (1) Xây dựng bộ dữ liệu về ảnh hưởng của tính chất cơ lý của đất đá đến độ rung của MKXC từ kết quả đo thực nghiệm. (2) Xây dựng mô hình toán học và sử dụng Matlab/Simulink để mô hình hóa hệ thống điều khiển tốc độ quay và áp lực trục của MKXC trong các điều kiện địa chất và độ cứng đất đá khác nhau. (3) Ứng dụng mạng Neural để xây dựng bộ nhận dạng độ rung MKXC khi thiếu dữ kiện. (4) Đề xuất cấu trúc điều khiển giảm độ rung cho MKXC thông qua bộ điều khiển bù mờ.
Kết quả mô phỏng cho thấy giải pháp điều khiển bù mờ đề xuất cho cả kênh quay ty và kênh áp lực trục là khả thi, giúp điều chỉnh các thông số khoan phù hợp với biên độ rung động, giảm rung xuống mức cho phép và tối ưu hóa công suất khoan.
Mục lục chi tiết:
- MỞ ĐẦU
- 1. Tính cấp thiết của đề tài
- 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- 4. Phương pháp nghiên cứu
- 5. Ý nghĩa khoa học của luận án
- 6. Ý nghĩa thực tiễn của luận án
- 7. Luận điểm bảo vệ và điểm mới của luận án
- 8. Bố cục của luận án
- Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN MKXC
- 1.1. Giới thiệu về máy khoan xoay cầu
- 1.2. Tình hình sử dụng MKXC tại các đơn vị khai thác mỏ của Việt Nam
- 1.3. Tổng quan về hệ thống điều khiển MKXC ở Việt Nam
- 1.3.1. Sơ đồ kênh tạo áp lực trục
- 1.3.2. Truyền động quay ty trên máy khoan СБШ– 250 và 250T
- 1.4. Tổng quan các nghiên cứu về HTĐK của MKXC trên thế giới
- 1.5. Nhận xét
- Chương 2: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG ĐẤT ĐÁ ĐẾN RUNG ĐỘNG CỦA MÁY KHOAN XOAY CẦU
- 2.1. Ảnh hưởng của độ cứng đất đá đến các chế độ khoan
- 2.2. Các thông số của quá trình khoan
- 2.3. Rung động trong quá trình khoan
- 2.3.1. Nguyên nhân dẫn đến rung động
- 2.3.2. Phân tích rung động
- 2.4. Thực nghiệm đo rung động
- 2.4.1. Xác định vị trí đo và đối tượng đo
- 2.4.2. Chọn thiết bị đo độ rung
- 2.4.3. Ghi và thu thập dữ liệu rung động
- 2.5. Nghiên cứu rung động máy trong quá trình khoan
- 2.5.1. Ảnh hưởng điều kiện địa chất, tính chất cơ lý của đất đá
- 2.5.2. Ứng dụng FFT để phân tích phổ rung động máy khoan
- 2.5.2.1. Lý thuyết chung về chuỗi Fourier
- 2.5.2.2. Ứng dụng FFT phân tích rung động trên máy khoan
- 2.6. Xây dựng quan hệ các thông số khoan với tín hiệu rung động
- 2.6.1. Xây dựng quan hệ tín hiệu rung trục Y với thông số khoan
- 2.6.2. Xây dựng quan hệ tín hiệu rung trục Z với thông số khoan
- 2.7. Nhận xét
- Chương 3: MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUAY VÀ ÁP LỰC TRỤC TRÊN MÁY KHOAN XOAY CẦU
- 3.1. Nghiên cứu xây dựng mô hình toán cho động lực học của hệ thống điều khiển MKXC
- 3.1.1. Ý nghĩa của việc xây dựng mô hình toán cho MKXC
- 3.1.2. Hệ thống điều khiển kênh quay ty và mô hình toán
- 3.1.2.1. Hệ thống điều khiển kênh quay ty của máy khoan
- 3.1.2.2. Mô hình toán mô tả cấu trúc hệ thống điều khiển kênh quay ty theo điện áp phần ứng ở chế độ tĩnh của MKXC
- 3.2.2.3. Mô hình toán mô tả cấu trúc hệ thống điều khiển kênh quay ty theo kênh kích từ ở chế độ tĩnh của MKXC
- 3.2.2.4. Đặc tính động khi điều khiển kênh quay ty MKXC
- 3.1.3. Hệ thống điều khiển lực ấn ty khoan và mô hình toán
- 3.1.3.1. Xây dựng mô hình toán cho Van tiết lưu điện – thủy lực
- 3.1.3.2. Bộ điều khiển PID dùng cho Van tiết lưu điện – thủy lực
- 3.1.3.3. Xi lanh thủy lực
- 3.1.3.4. Sơ đồ mạch điều khiển lực ấn ty khoan
- 3.2. Mô hình toán động lực học hệ thống điều khiển MKXC
- 3.3. Nhận xét
- Chương 4: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỢP LÝ CHẾ ĐỘ KHOAN NHẰM GIẢM ĐỘ RUNG CHO MKXC
- 4.1. Hệ thống điều khiển giảm rung đề xuất cho MKXC
- 4.2. Hệ thống điều khiển tốc độ quay ty khoan của MKXC
- 4.2.1. Xây dựng bộ nhận dạng biên độ và tần số rung động ứng dụng mạng nơron nhân tạo
- 4.2.1.1. Tổng quan về mạng nơron nhân tạo
- 4.2.1.2. Luật học lan truyền ngược
- 4.2.1.3. Thiết lập bộ dữ liệu vào – ra cho mạng nơron
- 4.2.1.4. Thiết kế và huấn luyện mạng nơron
- 4.2.1.5. Nhận xét
- 4.2.2. Thiết kế bộ điều khiển bù mờ da cho kênh quay ty
- 4.2.2.1. Định nghĩa các biến ngôn ngữ vào và ra
- 4.2.2.2. Định nghĩa các tập mờ – mờ hoá
- 4.2.2.3. Xây dựng luật hợp thành và phương pháp giải mờ
- 4.2.2.4. Kết quả mô phỏng của bộ điều khiển mờ
- 4.2.3. Sơ đồ điều khiển kênh quay ty ứng dụng bộ bù mờ
- 4.3. Hệ thống điều khiển cho kênh điều khiển lực ấn ty khoan
- 4.3.1. Thiết kế bộ bù mờ δu cho kênh điều khiển lực ấn ty khoan
- 4.3.1.1. Định nghĩa các biến ngôn ngữ vào và ra
- 4.3.1.2. Định nghĩa các tập mờ – mờ hoá
- 4.3.1.3. Xây dựng luật hợp thành và phương pháp giải mờ
- 4.3.1.4. Kết quả mô phỏng của bộ điều khiển mờ
- 4.3.2. Sơ đồ điều khiển lực ấn ty khoan ứng dụng bộ bù mờ
- 4.3.3. Tối ưu lực ấn ty khoan
- 4.4. Hệ thống điều khiển cho máy khoan và kết quả mô phỏng
- 4.4.1. Hệ thống điều khiển giảm rung cho MKXC
- 4.4.2. Các kết quả mô phỏng
- 4.5. Nhận xét
- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ