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本书对掘进巷道内紊流传质机理进行了深入的分析，得出通风控制策略中必须考虑的因素。综合分析现在的控制理论，采用模糊控制理论制定控制策略，并采用神经网络方法计算不同位置的权值。采用变频技术进行实验，并在此基础上深入研究掘进巷道物理模型，设计实物缩比模型。在缩比模型上进行通风控制策略的验证。

目录

第1章绪论
1.1掘进巷道通风控制系统研制的重要性
1.1.1巷道的掘进工艺及通风特点
1.1.2局部通风系统发展的历史、现状及发展趋势
1.2智能控制及现代交流调速技术在掘进巷道通风系统中的应用
1.2.1智能控制技术的发展及应用
1.2.2现代交流调速技术的发展及应用
1.3电力电子技术以及微处理器的发展与应用
1.4主要研究工作
第2章掘进巷道内紊流传质机理及数学模型
2.1掘进巷道瓦斯运移机理及瓦斯浓度分布数学模型
2.1.1掘进巷道瓦斯运移机理
2.1.2瓦斯运移的数学模型
2.2压入式圆形受限贴附射流通风特征及风流作用下瓦斯浓度分布
2.2.1圆形贴附射流特征
2.2.2掘进巷道内风流作用下瓦斯浓度计算
2.2.3掘进巷道紊流传质过程的数学描述
2.2.4掘进巷道通风系统通风需求分析
2.3本章小结
第3章适用掘进巷道通风的模糊控制模型研究及仿真
3.1模糊控制与模糊控制系统
3.1.1模糊控制系统的组成
3.1.2模糊控制模型
3.1.3模糊控制系统分析与设计 
3.2适用掘进巷道通风的常规双模模糊控制模型的建立
3.2.1论域设定
3.2.2隶属函数的确定
3.2.3正常通风时控制规则的制定
3.2.4瓦斯超限排放时控制规则的制订
3.2.5模糊推理方式选择
3.2.6四输入单输出常规双模模糊控制模型的建立
3.3多输入权值系数
3.3.1AHP法计算权值
3.3.2神经网络（ANN）计算输入量的权值
3.3.3组合赋权和变权
3.4自学习模糊控制模型
3.4.1模糊控制算法的改进
3.4.2自学习模糊控制算法
3.4.3适用于掘进巷道通风自学习控制模型参数的确定
3.4.4适用于掘进巷道通风自学习模糊控制算法的实现
3.4.5软件程序
3.4.6掘进巷道通风自学习模糊控制模型的建立以及仿真
3.5本章小结
第4章掘进巷道通风控制系统的变频调速实现
4.1掘进巷道通风控制系统变频调速的研究现状以及发展趋势
4.2矿用局部通风机的结构及特性
4.2.1矿用局部通风机的机械结构
4.2.2通风机的工作参数
4.2.3局部通风机的运行特性
4.3直接转矩变频调速系统的原理以及结构组成
4.3.1直接转矩控制的基本概念
4.3.2直接转矩调速系统的组成与结构
4.3.3定子电压空间矢量的选择
4.3.4磁链观测与转矩观测的实现
4.3.5空间矢量PWM调制
4.3.6直接转矩调速控制仿真模型的建立
4.4掘进巷道通风的双模模糊变频调速控制系统
4.5本章小结
第5章掘进巷道通风控制系统的实现
5.1局部通风机选型
5.2掘进巷道通风控制系统硬件电路设计
5.2.1系统主电路
5.2.2三相逆变器
5.2.3PWM信号隔离驱动电路
5.2.4电流电压检测及其转换电路 
5.2.5转速反馈电路
5.2.6控制系统保护电路
5.2.7其他电路
5.3掘进巷道通风控制系统软件程序设计
5.3.1系统软件组成
5.3.2传感器读数与显示
5.3.3数字PI调节器模块
5.3.4空间矢量PWM的DSP实现
5.4掘进巷道内通风控制系统实验
5.4.1调速系统实物和测试装置
5.4.2试验结果及分析
5.5掘进巷道通风控制系统样机制作
5.6掘进巷道通风实物缩比模型
5.7本章小结
第6章结论与展望
6.1结论
6.2进一步工作的设想
参考文献

前言

掘进巷道通风系统是为公路长距离挖掘、地铁隧道挖掘、矿井巷道挖掘过程中提供新鲜风的系统。本书基于实际调研，以煤矿掘进巷道的通风为例，充分运用瓦斯治理、模糊控制技术、电力电子技术、计算机仿真技术、微机控制技术等理论知识，研究如何提高通风系统中局部通风机调速装置的性能。随着公共交通事业和矿业的发展，对于掘进巷道通风系统的研究不仅具有重要的理论价值，而且有广阔的应用前景，近年来得到国内外学术界越来越广泛的关注。目前,国内关于掘进巷道通风系统的研究已取得许多成果，在国际上也具有相当的影响力，出版了一批专著，也发表了大量文章。在这种良好的研究氛围中，笔者结合自己在攻读博士学位期间和近几年工作中的研究，希望将掘进巷道内紊流传质机理、通风控制策略、实验系统设计与验证等领域中的成果进行总结，并且抛砖引玉，帮助初涉该系统的学者了解这个应用领域，进而找到适当的切入点展开自己的研究。本书将重点放在控制理论在掘进巷道通风系统中的应用领域，主要探讨模糊控制、神经网络控制与通风系统的结合。模糊控制不依赖于系统精确的数学模型，其知识表示、模糊规则和合成推理是基于专家知识或熟练操作者的成熟经验，并可通过学习不断更新，因此它具有智能性和自学习性；而神经网络属于高维非线性动力学系统范畴，可实现输入到输出之间的高度非线性映射，具有良好的自适应、自组织特征及较强的学习和容错能力，能通过学习人为给定的样本范例而获取知识。从这个角度来说，将二者应用于掘进巷道通风系统具有一定的优势。目前国内还没有专门讨论掘进巷道通风控制策略方面的专著，这也是本书的价值所在。本书作者的研究成果得到北京市属高等学校高层次人才引进与培养计划项目（CIT＆TCD201404091）的资助。
本书分为三大部分，共6章，主要内容包括相关技术综述、掘进巷道内紊流传质机理及数学模型、控制理论研究及自学习模糊控制模型建立、掘进巷道内变频调速技术的应用、掘进巷道通风控制系统实现、结论与展望等，重点在于掘进巷道通风控制策略的制定。其中第一部分介绍掘进巷道实际情况。第二部分即掘进巷道通风控制策略的制定是本书的创新点所在，主要是利用模糊控制理论、层次分析法和神经网络理论，提出了一种基于模糊控制的适用于掘进巷道通风的自学习双模模糊控制模型，并详细论述综合采用层次分析法、神经网络法确定多输入权值的过程。第三部分不仅设计了变频调速试验系统，而且设计了掘进巷道的实物缩比模型。并在此模型中进行了实验。书中有些内容直接引用、参考了国内外许多文献，首先向所有被引用文献的作者表示由衷的感谢，并在参考文献中列出，恕不一一列举。感谢本书作者的导师——中国矿业大学王汝琳教授多年来的支持和鼓励，感谢师姐张丽的支持和帮助。感谢学校领导的大力支持以及家人的关心和鼓励。此外，出版社的工作人员为本书稿的整理打印做了许多工作，感谢你们为本书顺利问世所做的努力。由于水平有限、经验不足，本书在内容的组织上难免存在疏漏和不妥之处，竭诚希望各同行专家以及广大读者提出宝贵的意见和建议，以使本书不断完善。

掘进巷道通风控制-自动控制

一线教学，长期从事控制理论及其应用方面的研究，获北京市中青年骨干教师项目资助《伺服电机精确控制》；北京市优秀人才项目资助《微尺度传热场协同理论研究以及微通道散热优化方法探索》；北京市国外访学资助。

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掘进巷道通风控制策略及其控制系统设计