高大空間火災(zāi)模擬及探測平臺電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著高大空間建筑的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，針對高大空間建筑場所如何防火、控火、滅火等消防安全問題展開的科學(xué)研究已成為世界各國的消防科研人員在火災(zāi)科學(xué)和消防科技領(lǐng)域的重要研究課題。但由于設(shè)備技術(shù)條件的限制，長期以來有關(guān)高大空間建筑的消防科學(xué)技術(shù)研究多集中于火災(zāi)的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬等方法而非實(shí)體火災(zāi)模型。高大空間火災(zāi)模擬及探測平臺是我國“十一五”期間為了開展基于實(shí)體火災(zāi)模型的高大空間建筑的消防科學(xué)技術(shù)研究而由“十一五”國家科技支撐計(jì)劃專題項(xiàng)目支持研

2、制的大空間火災(zāi)科學(xué)研究設(shè)備。該設(shè)備是一個(gè)重約75噸、長寬均33.0米、高度2.2米的正放四角錐雙層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的大型豎直升降平臺，如何驅(qū)動(dòng)該升降平臺在3～24m的豎直凈空高度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)同步升降和精確定位控制是該設(shè)備研制過程所面臨的最關(guān)鍵的技術(shù)難題。論文針對該高大空間火災(zāi)模擬及探測平臺幾何跨度大、負(fù)載重且不均衡、升降行程長且易變形等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合機(jī)械傳動(dòng)，電液控制、系統(tǒng)仿真、智能控制等相關(guān)技術(shù)或理論，設(shè)計(jì)研制了一套高大空間火災(zāi)模擬及探測平

3、臺的電液同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并圍繞著該電液同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)理、驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)以及同步控制策略等相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的理論分析、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究，并最終實(shí)現(xiàn)了高大空間火災(zāi)模擬及探測平臺的大范圍高精度同步升降控制。論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 第一章，首先從高大空間建筑存在的消防安全問題出發(fā)，闡述了目前高大空間火災(zāi)自動(dòng)探測報(bào)警技術(shù)的研究現(xiàn)狀，指出了高大空間火災(zāi)模擬及探測平臺對開展消防科學(xué)研究的重要性，接著概述了目前此類大型重載升降平臺的

4、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所涉及的各種關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展情況，并重點(diǎn)闡述了目前電液同步控制技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀；最后概括了論文的研究意義和主要研究內(nèi)容。
　　 第二章，針對高大空間火災(zāi)模擬及探測平臺幾何跨度大、負(fù)載重且不均衡、升降行程長，易變形的特點(diǎn)，首先通過ANSYS仿真軟件對平臺的驅(qū)動(dòng)吊點(diǎn)的數(shù)量及布置方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)提出了三點(diǎn)機(jī)械對重+三點(diǎn)柱塞缸側(cè)置2:1頂升的電液同步驅(qū)動(dòng)機(jī)理；其次對該平臺電液同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了

5、詳細(xì)的設(shè)計(jì)與研究，給出了平臺的總體驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；最后對平臺的三柱塞缸電液同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了原理和集成設(shè)計(jì)，并介紹了平臺監(jiān)測控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)以及硬件的集成設(shè)計(jì)
　　 第三章，以閥控柱塞缸機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，分析建立了高大空間火災(zāi)模擬及探測平臺三柱塞缸電液同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型；并以建立的系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)，借助AMESim仿真軟件建立了兩柱塞缸電液同步控制系統(tǒng)的仿真模型，并對影響系統(tǒng)同步控制性能的因素進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果

6、表明對三柱塞缸電液同步控制系統(tǒng)的同步控制策略進(jìn)行研究的必要性。
　　 第四章，主要研究高大空間火災(zāi)模擬及探測平臺電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能自適應(yīng)同步控制策略--模型參考模糊自適應(yīng)電液同步控制策略。通過對模型參考自適應(yīng)控制原理、模糊邏輯控制理論的研究與分析，采用模糊邏輯控制理論設(shè)計(jì)模型參考自適應(yīng)控制器的自適應(yīng)律以實(shí)現(xiàn)三個(gè)支路對同一個(gè)期望參考模型動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)輸出特性的高精度實(shí)時(shí)跟蹤控制，從而提高三個(gè)支路的同步控制性能。隨后在AMESim/Si

7、mulink聯(lián)合仿真平臺上分別采用模型參考模糊自適應(yīng)電液同步控制策略和單支路PID同步控制策略進(jìn)行了對比仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的模型參考模糊自適應(yīng)電液同步控制策略具有良好的動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能以及魯棒性。
　　 第五章，首先詳細(xì)介紹了高大空間火災(zāi)模擬及探測平臺電液同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的PLC控制軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及基于WinCC組態(tài)軟件的人機(jī)操作界面的設(shè)計(jì)開發(fā)；其次，分別采用傳統(tǒng)PID控制策略和模型參考模糊自適應(yīng)電液同步控制策略對平臺的電液同步