矿用救生舱生存环境参数智能监控系统的研究与设计

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1、硕士学位论文矿用救生舱生存环境参数智能监控系统的研究与设计ResearchandDesignofIntelligentMonitoringSystemforSurvivalEnvironmentParametersofMineLife-savingCapsule作者：李训聿导师：史丽萍教授中国矿业大学二〇一六年五月中图分类号TM92学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文矿用救生舱生存环境参数智能监控系统的研究与设计ResearchandDesignofIntelligentMonitoringSystemforSurvival

2、EnvironmentParametersofMineLife-savingCapsule作者李训聿导师史丽萍申请学位工学硕士培养单位信息与电气工程学院学科专业电气工程研究方向电气智能控制答辩委员会主席张建文评阅人二〇一六年五月论文审阅认定书研究生李训聿在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢在论文结束之际，首先要向导师史丽萍致以崇高的敬意和衷心的

3、感谢。师从三载，收获颇丰，感触亦深。导师严谨的治学态度，开拓创新的精神，高屋建瓴把握全局的能力，忘我的工作精神给学生树立起潜移默化的典范，这也是导师传授给学生最宝贵的财富。几年来，导师在生活上给予无微不至的关心，在学习和工作中对学生严格要求、言传身教，学生将终生难忘。在论文选题、技术方案的确定及论文的撰写等全程中，导师都给予作者独到的指导和不倦的教诲，本论文的字里行间，无不浸透着导师的心血。在此之际，谨向尊敬的史丽萍老师致以深深的谢意！在课题的研究过程中，实验室的师弟师妹们给予了无私的帮助，在此致以最真挚的谢意。同时感谢同届同仁们在论文撰写过程中给予的关

4、怀、支持和帮助。感谢我的家人和朋友，在生活中他们给予我精神上的帮助和支持，他们无私的关怀一直激励着我不断前进！最后，感谢参加论文评审的各位专家，祝您身体健康、工作顺利！摘要我国煤炭资源丰富，但由于煤炭的开采深度深、地质环境复杂，致使矿难事故频频发生。矿用救生舱是事故发生后进行救援的有效手段，其中生存环境参数监控为救生舱系统中最为重要的组成部分。通过对救生舱生存环境参数的智能控制，可以充分利用有限的生存资源，能有效延长避难者的生存时间，提高救援成功率。本文基于目前救生舱生存环境参数控制中存在的一些问题，结合单神经元理论和PID控制方法进行了救生舱生存环境参

5、数智能监控系统的研究和设计。在矿用救生舱生存环境控制方面，国内的相关文献多为针对单一参数或部分参数进行控制。本文根据生存环境参数监控系统的需要，对其结构和功能进行相对全面的设计，其包含氧气浓度、有害气体浓度、温度、湿度监控子系统。确定了各子系统的控制方案，继而根据子系统的选定方案建立相应的数学模型。救生舱生存环境参数控制系统具有时滞、时变、非线性、耦合等特点，传统的PID控制难以得到满意的效果。本文引进单神经元控制理论，设计单神经元自适应PID控制器，并将其应用于各参数控制子系统。设计解耦器，对存在耦合关系的参数进行解耦。借助MATLAB对设计的监控系统

6、进行仿真，结果与传统PID控制系统相比，证实所设计的监控系统拥有更好的控制性能。系统选用FPGA为控制器核心并且借助VerilogHDL语言对数据采集、智能PID控制器、输出、解耦、工作模式调整和时限预估以及系统通讯等部分进行了硬、软件设计。最后借助KJXXX救生舱样机进行调试与实验，表明所研究设计的生存环境参数智能监控系统可以实现环境参数自动调节、模式调整、时限预估、人工辅助调节等基本功能，具有一定的意义和应用价值。该论文有图54幅，表7个，参考文献71篇。关键字：救生舱；生存环境参数；监控；数学建模；单神经元PIDIAbstractChinaisri

7、chincoalresources.Butbecauseofthedeepcoalmining,complexgeologicalenvironment,coalmineaccidentsoccurfrequently.Minelife-savingcapsuleisaneffectivemeansofreliefaftertheaccident,andthesurvivalenvironmentparameterscontrollingisthemostimportantpartofthecapsulesystem.Theintelligentcont

8、rolofthecapsulesurvivalenvironmentparame