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Duffing混沌系统理论在煤矿瓦斯检测中的应用研究

作　者: 张秉涛
导　师: 马宪民
学　校: 西安科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 煤矿事故混沌 Duffing方程自相关瓦斯浓度瓦斯检测单片机
分类号: TN911.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 41次
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内容摘要

瓦斯是煤矿生产五大灾害之一,能够造成特大事故,夺去工人宝贵的生命。做好瓦斯检测工作是为了及时掌握矿井瓦斯的变化情况,以采取相应的措施,防止瓦斯事故的发生,实现矿井的安全生产。针对瓦斯检测中的实际问题,本文提出了一种基于Duffing混沌系统的瓦斯信号检测方法,并利用单片机设计了瓦斯检测报警系统。本文采用混沌理论中的Duffing系统作为设计依据,Duffing系统在检测信号时具有良好的抗噪性能,将其用于对瓦斯的检测当中,能有效抑制井下工作面的噪声在瓦斯检测时的影响。而瓦斯检测报警系统也能准确地测得瓦斯浓度并在超过限定浓度时报警,更好地保证井下工作面的安全。本文详细说明了Duffing混沌系统检测信号的方法,包括已知频率信号幅值的检测方法和对未知信号的频率检测方法,并且为了进一步减小噪声对瓦斯信号检测的影响,提出了自相关和混沌系统相结合的检测方法。通过大量的仿真实验证明了其在瓦斯检测中的有效性和实用性,并对Duffing混沌系统在瓦斯检测中的应用作了展望,希望能对瓦斯检测的研究有所帮助。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-12
  1.1 课题研究的意义  7-9
  1.2 混沌检测发展的国内外状况  9-10
    1.2.1 国外概况  9-10
    1.2.2 国内概况  10
  1.3 课题的新思路和新方法  10-11
  1.4 课题所做的工作  11-12
2 瓦斯的产生及检测方法  12-18
  2.1 瓦斯的产生  12-13
    2.1.1 瓦斯的基本概念  12-13
    2.1.2 瓦斯的产生因素  13
  2.2 常见的几种检测瓦斯的方法  13-17
    2.2.1 瓦斯鉴定灯  13-14
    2.2.2 催化型瓦斯检测技术  14-15
    2.2.3 热导原理的瓦斯检测技术  15
    2.2.4 光干涉原理的瓦斯检测技术  15-16
    2.2.5 红外吸收原理的瓦斯检测技术  16-17
  2.3 本章小结  17-18
3 混沌及混沌检测  18-25
  3.1 混沌理论产生的背景  18
  3.2 混沌的基本概念  18-19
  3.3 混沌理论的起源和发展  19-20
  3.4 混沌现象与混沌学  20-21
  3.5 混沌的基本特性  21-22
  3.6 混沌的分类  22-23
  3.7 几种典型混沌系统的动力学模型  23-24
    3.7.1 Duffing 系统数学模型  23
    3.7.2 Lorenz 数学模型  23-24
    3.7.3 Logistic 数学模型  24
  3.8 本章小结  24-25
4 基于混沌理论的检测技术  25-29
  4.1 基于Duffing 振子的测量原理  25-27
  4.2 基于混沌系统初值敏感性的检测技术  27-28
  4.3 基于混沌背景的弱信号检测技术  28
  4.4 本章小结  28-29
5 基于Duffing 方程的信号检测  29-40
  5.1 Duffing 方程状态分析  29-32
  5.2 Duffing 方程混沌阈值的确定  32-34
  5.3 已知频率信号幅值的检测方法  34-36
  5.4 频率的检测方法  36-39
    5.4.1 方差法  37-38
    5.4.2 过零点检测法  38-39
  5.5 本章小结  39-40
6 自相关与混沌系统混合检测  40-44
  6.1 自相关方法  40-41
  6.2 自相关与混沌模型构成的检测方法  41-43
  6.3 本章小结  43-44
7 瓦斯检测报警系统的设计  44-53
  7.1 硬件设计  45-48
    7.1.1 STC89C51 介绍  45-46
    7.1.2 液晶显示电路  46
    7.1.3 按键部分设计  46-47
    7.1.4 声光报警电路的设计  47
    7.1.5 串口通信部分电路设计  47-48
  7.2 软件设计  48-52
    7.2.1 数据采集程序  48-49
    7.2.2 液晶显示程序  49-50
    7.2.3 按键扫描程序  50-51
    7.2.4 声光报警程序  51-52
  7.3 联机调试  52
  7.4 本章小结  52-53
8 检测仿真实验  53-63
  8.1 对混沌系统检测已知频率信号可行性的仿真  53-56
  8.2 对瓦斯电压信号的检测  56-61
  8.3 本章小结  61-63
9 结论  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录  68-71

Duffing混沌系统理论在煤矿瓦斯检测中的应用研究

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