采用參數(shù)預(yù)測(cè)及模糊控制的膠帶多機(jī)驅(qū)動(dòng)力功率平衡的研究

劉思琦++孫濤

摘 要：煤炭行業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致煤礦運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)量、運(yùn)距都快速增長(zhǎng)，如何確保運(yùn)輸系統(tǒng)能夠滿足煤礦生產(chǎn)要求是新的技術(shù)發(fā)展方向。實(shí)際工作中，為了降低設(shè)備成本，雙機(jī)甚至多機(jī)驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)象較為普遍，不同電機(jī)之間工作狀態(tài)的差異導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)力功率無法達(dá)到平衡，影響了電機(jī)的正常使用。該文從多機(jī)驅(qū)動(dòng)的原理出發(fā)，通過模糊控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有效調(diào)整，并介紹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示控制效果良好，能夠有效減少電機(jī)功率差異。

關(guān)鍵詞：參數(shù)預(yù)測(cè) 模糊控制 煤炭運(yùn)輸 膠帶驅(qū)動(dòng)力 功率平衡

中圖分類號(hào)：TD528.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）12（b）-0050-01

煤礦行業(yè)的快速發(fā)展使得煤礦生產(chǎn)規(guī)模越來越大，對(duì)煤礦運(yùn)輸設(shè)備也提出了更高的要求。目前來說，長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的膠帶運(yùn)輸機(jī)已經(jīng)成為煤礦運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。隨著運(yùn)輸量的增大，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類也更加多樣化，由于電機(jī)功率較大，膠帶轉(zhuǎn)動(dòng)速度較高，目前普遍采用多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的方式以降低成本。在理想狀態(tài)下，各個(gè)點(diǎn)的功率應(yīng)該與分配的驅(qū)動(dòng)力成正比例關(guān)系，但實(shí)際工作中由于各種不可控制因素，比如荷載的不均勻，阻力的變化等常常導(dǎo)致各個(gè)點(diǎn)的功率與理論功率存在較大的誤差，各電機(jī)之間的功率不平衡，當(dāng)這種不平衡較為嚴(yán)重時(shí)，將對(duì)電機(jī)產(chǎn)生損害，影響輸送機(jī)的正常運(yùn)行?；谶@種情況，該文采用參數(shù)預(yù)測(cè)與模糊控制的方式降低不同驅(qū)動(dòng)點(diǎn)之間的功率平衡問題，延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。

1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡的基本原理

以最為常見的雙機(jī)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例，兩臺(tái)電機(jī)分別安置在膠帶的端頭部位，電機(jī)通過耦合器對(duì)膠帶進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，完成整個(gè)煤礦運(yùn)輸過程。其原理是控制器按照從電機(jī)處獲得的各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并給出具體的指令改變電機(jī)功率，調(diào)節(jié)耦合器的所處狀態(tài)，進(jìn)而改變電機(jī)的膠帶運(yùn)動(dòng)速度。

由于控制器輸出的指令需要經(jīng)過多個(gè)設(shè)備才能最后到達(dá)電機(jī)，信號(hào)在傳遞過程中不可避免會(huì)出現(xiàn)一定程度的損失和延遲現(xiàn)象，隨著電機(jī)數(shù)量的增多，這種延遲現(xiàn)象將表現(xiàn)得更加明顯。對(duì)于雙機(jī)系統(tǒng)而言，盡管兩個(gè)電機(jī)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上基本一致，但輸出信號(hào)的不同導(dǎo)致系統(tǒng)的工作狀態(tài)存在較大差異，直接導(dǎo)致了輸出驅(qū)動(dòng)力的不同。

雙機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)的具體數(shù)學(xué)模型難以實(shí)現(xiàn)精確地模擬和計(jì)算，為實(shí)現(xiàn)雙機(jī)功率平衡，建議采用模糊控制得方法較少兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)之間的差值，通過不斷迭代對(duì)差值進(jìn)行縮減，達(dá)到滿足工作條件的目的。

2 模糊控制的實(shí)現(xiàn)

在利用模糊控制的方法對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行平衡之前，首先要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的關(guān)鍵信號(hào)進(jìn)行模糊化處理，速度在電機(jī)運(yùn)動(dòng)中是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，兩個(gè)電機(jī)之間的速度偏差分別用負(fù)、零和正來表示，與速度相對(duì)應(yīng)的電流偏差也用相同的表示方法，輸出信號(hào)的模糊處理可以采用正轉(zhuǎn)、停止和反轉(zhuǎn)三個(gè)狀態(tài)表示，對(duì)于電機(jī)執(zhí)行器的信號(hào)模糊表示也可以按照此種方法進(jìn)行標(biāo)示。輸出信號(hào)與執(zhí)行器之間的信號(hào)進(jìn)行組合，可以得到9種不同的組合結(jié)果，實(shí)際工作中，可以分別用1～9的數(shù)字表示每種工作狀態(tài)，

3 系統(tǒng)硬件組成

考慮到輸送帶的工作環(huán)境和煤礦運(yùn)輸量的因素，控制核心采用C8051F系統(tǒng)，該系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換能力較強(qiáng)，系統(tǒng)自身配備電壓校準(zhǔn)功能，且能夠根據(jù)用戶的需求進(jìn)行編程處理，擴(kuò)大系統(tǒng)的使用功能，I/O接口數(shù)量最多可達(dá)32個(gè)，計(jì)數(shù)器數(shù)量能夠滿足各種信號(hào)的設(shè)備要求。系統(tǒng)兼容能力強(qiáng)，能夠自由地與SPI、SM、UART等串口進(jìn)行有效的連接，內(nèi)部有32k的RAM，在使用時(shí)也能夠進(jìn)行擴(kuò)充。系統(tǒng)的種種特性導(dǎo)致在進(jìn)行實(shí)際控制中，只需對(duì)驅(qū)動(dòng)器件進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展，并調(diào)整電路系統(tǒng)滿足井下環(huán)境的需求，即可快速實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制調(diào)節(jié)功能。系統(tǒng)選擇雙電機(jī)控制，能夠?qū)δz帶的速度進(jìn)行自由的控制，并且可以自行設(shè)置最大電流、最大速度等參數(shù)，電流信號(hào)從互感器中獲得后，經(jīng)過信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行放大，并對(duì)信號(hào)濾波處理，傳送到控制中心，根據(jù)信號(hào)信息對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，減少不同電機(jī)之間的功率差值，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力功率的平衡效果。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

將以上介紹硬、軟件設(shè)計(jì)的控制器應(yīng)用到實(shí)際的輸送帶中進(jìn)行效果檢驗(yàn)。試驗(yàn)在兩臺(tái)50kW的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上進(jìn)行，通過加載和減載、以及在重載和空載下，觀察測(cè)量顯示電流值和電機(jī)開關(guān)柜上的電流表，對(duì)比筆者原有方法（僅有模糊控制）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，電機(jī)電流（功率）平衡在5%的范圍內(nèi)，其平衡響應(yīng)速度優(yōu)于原有系統(tǒng)，表明采用參數(shù)預(yù)測(cè)方法對(duì)系統(tǒng)性能有所提高?？刂破黝A(yù)留多種通信接口，為系統(tǒng)監(jiān)控提供條件，也為更多驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率平衡提供方便。

5 結(jié)語(yǔ)

輸送機(jī)的工作狀態(tài)將會(huì)對(duì)煤礦生產(chǎn)效率產(chǎn)生直接影響，由于煤礦生產(chǎn)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，輸送量也在快速增加，采用單一的電機(jī)驅(qū)動(dòng)無法滿足煤炭運(yùn)輸?shù)墓β市枨?。采用多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于不同電機(jī)的工作環(huán)境不同，輸出力矩存在較大的差異，導(dǎo)致電機(jī)之間有一定的功率平衡問題，會(huì)影響到電機(jī)的正常使用。利用模糊控制方法能夠?qū)﹄姍C(jī)功率進(jìn)行調(diào)整，對(duì)各個(gè)信號(hào)進(jìn)行模糊處理，根據(jù)從電機(jī)處獲得的電流信號(hào)進(jìn)行控制，減小電極之間的功率不平衡問題，利用控制器進(jìn)行功率平衡試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出控制器在平衡電機(jī)之間的功率上效果明顯，值得進(jìn)一步的深入研究。

參考文獻(xiàn)

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