1.本实用新型涉及矿井风门的技术领域，尤其是一种矿井风门开合角度的模糊控制系统。
背景技术：2.对于传统矿井风门的开关控制，无法满足现有智能通风系统对需风量的调节，同时无法满足对矿井风门开关角度的线性控制。目前，需要对井下矿用风门开合角度位置进行实时监测，并运用模糊控制算法对气动伺服进行输出调节，从而实现对气动伺服输出位置的控制，进而实现对矿用风门开合角度的线性控制。然而，由于气动系统的强非线性和时间滞后特性的存在，传统线性化控制技术难以在气动伺服系统中取得良好的控制效果。
3.通风系统是保障矿井安全和生产的重要基石，若出现故障往往会导致风流紊乱、用风地点风量不足等安全隐患。矿井风门作为调风的设施，根据通风系统在分支巷道的需风量，并实时监测分支巷道的风量。将实际的需风量与监测风量对比，运用模糊控制算法对矿井风门的开合角度进行实时线性调控，实现了局部需风量的调控，全面提升了井下通风系统的控制性能，对于煤矿安全生产具有重要的现实意义。
技术实现要素：4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本实用新型提出一种矿井风门开合角度的模糊控制系统，采用了模糊控制用于控制矿井风门开合的角度。
6.根据本实用新型实施例的矿井风门开合角度的模糊控制系统，包括四个高速开关阀、位置传感器、控制器、气管、风门主体和气动执行机构，所述的气动执行机构为带滑台的双出杆双作动气缸；所述的双出杆双作动气缸安装在所述的风门主体上；所述的四个高速开关阀与所述的双出杆双作动气缸通过所述的气管相连接；所述的位置传感器与所述的双出杆双作动气缸相连接，所述的位置传感器用于测量所述的双出杆双作动气缸输出杆的实测位置，并将实测位置输出入至所述的控制器的位置误差计算模块中；所述的位置误差计算模块用于计算位置误差；所述的控制器还包括微分器、模糊控制器、非线性增益函数模块和滑模控制器。
7.本实用新型的有益效果是：最大限度的利用模糊控制器改善了控制系统的误差变化，能够降低了启动段摩擦力造成的影响，使位置控制启动阶段更加平滑及平缓，在误差较大的阶段能够有效提高系统的响应时间；使误差较大段更加陡峭，提高了系统的响应速度，降低了响应时间；模糊非线性增益控制器能够有效的提高系统响应精度和稳定性；模糊非线性增益控制器能够有效地提高系统响应精度和稳定性，即提高系统稳态控制精度、极限位置的控制精度以及控制的稳定性，大幅度提高气动伺服位置控制的可靠性。
8.根据本发明一个实施例，所述的位置误差为给定位置与实测位置的差值。
9.根据本发明一个实施例，所述的微分器用于接收位置误差，输出位置误差变化率
至所述的模糊控制器。
10.根据本发明一个实施例，所述的模糊控制器的第一输入端与所述的位置误差计算模块相连接，用于接收位置误差；所述的模糊控制器的第二输入端与所述的微分器相连接，用于接收位置误差变化率；所述的模糊控制器的输出端为模糊控制器输出。
11.根据本发明一个实施例，所述的非线性增益函数模块的第一输入端与所述的位置误差计算模块相连接，用于接收位置误差；所述的非线性增益函数模块的第二输入端与所述的模糊控制器相连接，用于接收模糊控制器输出；所述的非线性增益函数模块的输出端与所述的滑模控制器相连接。
12.根据本发明一个实施例，所述的滑模控制控制器的输出端连接所述的四个高速开关阀，用以调节四个高速开关阀的开动作，从而控制双出杆双作动气缸的输出杆运动。
13.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
14.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是矿井风门模糊控制的流程框图。
17.附图中的标号为：1、高速开关阀；2、控制器；3、风门主体；4、气动执行机构。
具体实施方式
18.为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
19.见图1，一种矿井风门开合角度的模糊控制系统，包括四个高速开关阀1、位置传感器、控制器2、气管、风门主体3和气动执行机构4，气动执行机构4为带滑台的双出杆双作动气缸。其中，控制器2是采用模糊控制理论的控制器。
20.需要说明的是，由于矿井风门为两道风门，一道风门在开关时为推拉式结构，即一道风门需要配置两个高速开关阀1，那么两道风门就一共需要配置四个高速开关阀1。
21.双出杆双作动气缸安装在风门主体3上。
22.四个高速开关阀1与双出杆双作动气缸通过气管相连接。
23.位置传感器与双出杆双作动气缸相连接，位置传感器用于测量双出杆双作动气缸输出杆的实测位置，并将实测位置输出入至控制器2的位置误差计算模块中；位置误差计算模块用于计算位置误差，位置误差为给定位置与实测位置的差值，给定位置是由上位机软件或者人工给定的，位置误差的单位是cm。
24.控制器2还包括微分器、模糊控制器、非线性增益函数模块和滑模控制器。
25.微分器用于接收位置误差，输出位置误差变化率至模糊控制器。
26.误差的差值除以时间间隔(即采样频率)的商就是位置误差变化率，时间间隔是前一段时间的位置误差值与后一段时间的位置误差值的差值。
27.模糊控制器的第一输入端与位置误差计算模块相连接，用于接收位置误差。
28.模糊控制器的第二输入端与微分器相连接，用于接收位置误差变化率。
29.模糊控制器的输出端为模糊控制器输出，该模糊控制器输出是驱动执行器的具体数值。
30.非线性增益函数模块的第一输入端与位置误差计算模块相连接，用于接收位置误差。
31.非线性增益函数模块的第二输入端与模糊控制器相连接，用于接收模糊控制器输出。
32.非线性增益函数模块的输出端与滑模控制器相连接。
33.滑模控制控制器的输出端连接四个高速开关阀1，用以调节四个高速开关阀1的开动作，从而控制双出杆双作动气缸的输出杆运动。
34.该矿井风门开合角度的模糊控制系统，用于高速开关阀精确位置控制，相比采用传统pid(比例、积分、微分控制)控制器的位置控制系统具有明显的优势，具体为：
35.(1)最大限度的利用模糊控制器改善了控制系统的误差变化，能够降低了启动段摩擦力造成的影响，使位置控制启动阶段更加平滑及平缓，在误差较大的阶段能够有效提高系统的响应时间；
36.(2)使误差较大段更加陡峭，提高了系统的响应速度，降低了响应时间；模糊非线性增益控制器能够有效的提高系统响应精度和稳定性；
37.(3)模糊非线性增益控制器能够有效地提高系统响应精度和稳定性，即提高系统稳态控制精度、极限位置的控制精度以及控制的稳定性，大幅度提高气动伺服位置控制的可靠性。
38.以上所述的，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
技术特征：1.一种矿井风门开合角度的模糊控制系统，其特征在于，包括：四个高速开关阀(1)、位置传感器、控制器(2)、气管、风门主体(3)和气动执行机构(4)，所述的气动执行机构(4)为带滑台的双出杆双作动气缸；所述的双出杆双作动气缸安装在所述的风门主体(3)上；所述的四个高速开关阀(1)与所述的双出杆双作动气缸通过所述的气管相连接；所述的位置传感器与所述的双出杆双作动气缸相连接，所述的位置传感器用于测量所述的双出杆双作动气缸输出杆的实测位置，并将实测位置输出入至所述的控制器(2)的位置误差计算模块中；所述的位置误差计算模块用于计算位置误差；所述的控制器(2)还包括微分器、模糊控制器、非线性增益函数模块和滑模控制器。2.根据权利要求1所述的一种矿井风门开合角度的模糊控制系统，其特征在于：所述的位置误差为给定位置与实测位置的差值。3.根据权利要求1所述的一种矿井风门开合角度的模糊控制系统，其特征在于：所述的微分器用于接收位置误差，输出位置误差变化率至所述的模糊控制器。4.根据权利要求3所述的一种矿井风门开合角度的模糊控制系统，其特征在于：所述的模糊控制器的第一输入端与所述的位置误差计算模块相连接，用于接收位置误差；所述的模糊控制器的第二输入端与所述的微分器相连接，用于接收位置误差变化率；所述的模糊控制器的输出端为模糊控制器输出。5.根据权利要求4所述的一种矿井风门开合角度的模糊控制系统，其特征在于：所述的非线性增益函数模块的第一输入端与所述的位置误差计算模块相连接，用于接收位置误差；所述的非线性增益函数模块的第二输入端与所述的模糊控制器相连接，用于接收模糊控制器输出；所述的非线性增益函数模块的输出端与所述的滑模控制器相连接。6.根据权利要求5所述的一种矿井风门开合角度的模糊控制系统，其特征在于：所述的滑模控制控制器的输出端连接所述的四个高速开关阀(1)，用以调节四个高速开关阀(1)的开动作，从而控制双出杆双作动气缸的输出杆运动。
技术总结本实用新型公开一种矿井风门开合角度的模糊控制系统，包括四个高速开关阀、位置传感器、控制器、气管、风门主体和气动执行机构，气动执行机构为带滑台的双出杆双作动气缸；双出杆双作动气缸安装在风门主体上；四个高速开关阀与双出杆双作动气缸通过气管相连接；位置传感器与双出杆双作动气缸相连接，位置传感器用于测量双出杆双作动气缸输出杆的实测位置，并将实测位置输出入至控制器的位置误差计算模块中；位置误差计算模块用于计算位置误差；控制器还包括微分器、模糊控制器、非线性增益函数模块和滑模控制器。该矿井风门开合角度的模糊控制系统，解决传统PID控制风门开合角度位置控制系统控制精度低、响应慢的问题。响应慢的问题。响应慢的问题。
技术研发人员：曹富荣 传金平 李军 钱会发 冯杰 卜滕滕 昌伟锋 华坤鹏 王栋平 何敏 石胜利 芦文沛 于志阳 王子涵 史鹏飞 冯应龙 牛勇 张国荣 毛小银 南雁东
受保护的技术使用者：华亭煤业集团有限责任公司
技术研发日：2022.08.12
技术公布日：2022/12/1
