煤炭是我國能源的重要組成部分,若不能去除煤炭中的大量雜質(zhì),不僅嚴(yán)重影響煤炭利用效率,還將排放大量污染物。選煤是潔凈煤生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一,在眾多選煤工藝方式中,重介質(zhì)選煤因其可實(shí)現(xiàn)低密度分選、操作便捷、分選效率較高并且易于控制等優(yōu)點(diǎn),得到了大量的應(yīng)用與推廣。近年來隨著對煤質(zhì)要求的不斷增高,越來越需要更為先進(jìn)的重介質(zhì)選煤過程控制算法以保證系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行。目前重介質(zhì)選煤過程控制算法的實(shí)驗(yàn)研究主要通過兩種方式進(jìn)行,一種是通過實(shí)際重介質(zhì)選煤現(xiàn)場或者自行搭建小型實(shí)物平臺進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)。但是上述方式占地面積較大,成本較高,更為重要的是設(shè)備在運(yùn)行過程中存在一定的誤操作風(fēng)險(xiǎn),容易導(dǎo)致資源浪費(fèi)。另一種是數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn),然而這種方式得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可視化程度較低,難以復(fù)現(xiàn)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)場景。為了便于算法研究人員和領(lǐng)域工程師更好的研究重介質(zhì)選煤過程先進(jìn)控制算法,本文結(jié)合虛擬仿真技術(shù),開發(fā)了一種面向重介質(zhì)選煤過程控制的虛擬仿真系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上開展了重介質(zhì)選煤過程控制算法研究,驗(yàn)證了系統(tǒng)的可用性和易用性。本文主要工作內(nèi)容如下:(1)為提供一種安全、經(jīng)濟(jì)的重介質(zhì)選煤過程控制算法仿真結(jié)果可視化分析環(huán)境,本文首先進(jìn)行了整體功能設(shè)計(jì),并提出了面向重介質(zhì)選煤過程控制的虛擬仿真系統(tǒng)框架。(2)以典型的由混料桶、重介質(zhì)旋流器、脫介篩、磁選機(jī)和合格介質(zhì)桶等設(shè)備組成的重介質(zhì)選煤過程為研究背景,根據(jù)物料平衡原理,建立了重介質(zhì)選煤過程數(shù)學(xué)模型,并基于四階龍格庫塔法設(shè)計(jì)了重介質(zhì)選煤過程模型的求解器。為了提供一種重介質(zhì)選煤虛擬交互環(huán)境,本文基于3ds MAX搭建了相應(yīng)的重介質(zhì)選煤三維可視化模型,并采用Unity3D搭建了重介質(zhì)選煤可視化動態(tài)虛擬交互場景,實(shí)現(xiàn)了研究人員與虛擬場景的可視化交互。(3)基于Matlab搭建了系統(tǒng)的控制算法仿真編程環(huán)境,并利用Unity3D的NGUI以及UGUI開發(fā)工具設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)結(jié)果可視化分析界面,實(shí)現(xiàn)了仿真數(shù)據(jù)的二維以及三維顯示等效果,便于研究人員對可視化仿真結(jié)果的交互與分析。(4)為驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性與易用性,本文通過分析重介質(zhì)選煤過程的控制目標(biāo)以及控制難點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于重介質(zhì)選煤過程的穩(wěn)定多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)模型預(yù)測控制,并利用本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)研究。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD94;TP391.9
【部分圖文】：

重介質(zhì)選煤現(xiàn)場實(shí)景拍照、攝影基礎(chǔ)建模多邊形編輯執(zhí)行優(yōu)化命令減少線條/面的分段數(shù)選用指定渲染器調(diào)整渲染參數(shù)設(shè)置執(zhí)行渲染UVW貼圖重介質(zhì)選煤三維模型復(fù)合建模圖 2-4 重介質(zhì)選煤設(shè)備三維模型設(shè)計(jì)Figure 2-4 3D model design of dense medium coal preparation equipment模型設(shè)計(jì)中選用了基礎(chǔ)建模以及復(fù)合建模的方式，創(chuàng)建大量基礎(chǔ)幾何體，并利用復(fù)合建模中的布爾[55]、放樣[56]等方式粗略調(diào)整模型，將模型轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形的形式，可以對模型進(jìn)行點(diǎn)、線、面、元素等細(xì)節(jié)調(diào)整，初步構(gòu)造出重介質(zhì)選煤三維模型。由于構(gòu)造模型的過程中可能存在共面或者是面數(shù)較多等情況，導(dǎo)致模型導(dǎo)入場景中內(nèi)存占用過多，降低了虛擬場景漫游過程中的每秒傳輸幀數(shù)（FramesPerSecond，F(xiàn)PS），嚴(yán)重時會導(dǎo)致系統(tǒng)的內(nèi)存溢出，因此需要對模型的面數(shù)進(jìn)行優(yōu)化[57]。最后對模型的材質(zhì)進(jìn)行渲染，選用合適的材質(zhì)編輯器并調(diào)整材質(zhì)參數(shù)，最后根據(jù)每個設(shè)備的紋理信息對設(shè)備進(jìn)行貼圖，完成最終的重介質(zhì)選煤三維模型設(shè)計(jì)。

3 面向重介質(zhì)選煤過程控制的虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)與測試模型開發(fā)(Development of 3D Model)據(jù)實(shí)際重介質(zhì)選煤過程中整理出的現(xiàn)場圖像、視頻等，得要設(shè)備的結(jié)構(gòu)樣式以及輪廓信息，通過上述得到的設(shè)備信個模型之間的比例，在 3dsMAX 建模軟件內(nèi)通過 1：1 的主要設(shè)備。下面給出各個主要設(shè)備的三維模型示意圖以及2 為兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器示意圖。設(shè)備與水平面間有一定傾體初始構(gòu)成，并通過多邊形編輯，對底部進(jìn)行等比例縮小部分由圓柱體構(gòu)成，并執(zhí)行彎曲命令后，對各個圓柱體進(jìn)面板下執(zhí)行附加命令，完成支架的構(gòu)造；管道同樣由圓柱體槽與出料槽，槽外表由長方體初始構(gòu)成，利用布爾運(yùn)算對再次利用附加命令連接到設(shè)計(jì)好的管道上，完成最終槽體

并再次利用附加命令連接到設(shè)計(jì)好的管道上，完成最終槽體圖 3-2 兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器三維模型Figure 3-2 3D model of two product dense medium cyclone-3 為混料桶示意圖。主要包括了混料桶的筒體、支架以及可圓柱體進(jìn)行初始化設(shè)計(jì)，并將其轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形模式，及面的補(bǔ)全。底座采用長方體初始化設(shè)計(jì)，并執(zhí)行附加命令。可調(diào)中心管采用圓柱體進(jìn)行彎曲構(gòu)造，并插入筒體中執(zhí)行的混料桶三維模型。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2845077