提升机制动系统和调速系统协调控制研究

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【摘要】针对目前提升机控制中制动系统和调速系统相对独立工作所产生的开闸溜车等问题，本文对提升制动系统和调速系统进行了分析研究，并提出将提升机电机电流信号引入到了制动来统的控制中，使开车时的制动力变化与提升载荷和电机电流关联起来，实现提升机制动系统和调速系统进行协调控制。

【关键词】提升机；制动系统；调速系统；协调控制

1.引言

矿井提升机在煤矿担负着煤炭提升、人员上下、物料输送的任务，是联系井下开采和地面输送的重要设备，其性能好坏直接关系到矿山的生产效率，其安全可靠、平稳准确的运行是整个矿井正常生产的必要条件。制动系统和调速系统是矿井提升机控制系统中最重要的组成部分，目前在提升机控制中，制动系统和调速系统相对独立工作，即制动时调速系统不再输出力矩或不制动时调速系统才输出转矩进行调速，因而出现松闸开车时溜车、停车抱闸溜车、停车憋闸等问题，以及短时间内制动系统施加或撤销制动力、短时间内调速系统建立或撤销输出转矩，对提升系统产生很大的冲击，影响提升机寿命，也影响提升机的安全高效、平稳准确的运行。为此需在制动系统与调速系统之间建立协调控制的机制，对制动系统与调速系统的进行协调控制，实现提升机的平稳准确运行，为提升系统的全自动运行创造条件。

2.提升机制动和调速系统工况分析

提升机制动系统和调速系统的协调控制首先要实现提升机在各种工况下开车时，保证松闸时提升容器重载侧不会突然下落；其次是要实现制动停车时提升机从爬行速度到停车时没有机械冲击，减少对设备的机械损害及提高停车的准确度，同时也不会因为制动力过大而对提升电机产生附加负荷。目前矿井提升机的自动控制方式在开车时多采用延时敞闸的办法，即在提升机启动时先不完全松开制动闸，待电机电流达到某一数值后，也就是电机已经出力后，再松开制动闸，从而达到防止提升容器重载侧下坠的现象发生。而停车时则在爬行速度到停车位时电机传动部分不再输出力矩而依靠闸来直接抱死。采用上述方式开车，有一定缺陷，因为矿井提升机是一个复杂的机电系统，除了电力拖动系统本身的电磁过渡过程外，它的机械部分也是一个复杂的、多质量的、以弹性元件相联系的多自由度力学体系，存在着机械系统的过渡过程。再者，提升机的制动系统除了液压系统本身是一个复杂的力学体系外，各种电磁阀、电液比例阀、同样也存在着电磁过渡过程。对于同样的给定信号，并不能保证产生同样的制动效果。因此如果在提升机开车、停车时采用恒定制动力给定的办法，不能保证实现制动系统和调速系统的协调控制。

由于常规的提升机制动系统和调速系统的调节控制器工作时是按事先设计好的控制参数和控制手段对制动系统进行控制的。但被控对象具有不确定性，故很难在提升机系统不同的运行状态都实现与调速系统相协调。为了能够适用矿井提升机的工况变化和系统的其他不确定因素，对提升机制动系统和调速系统的协调控制，寻求采用一种智能控制器来进行控制，实现各种工况下提升机的平稳启动、停车，减少提升机的机械冲击和电气冲击，提高整个提升机电控系统的性能和安全可靠性。

3.提升机制动系统与调速系统协调控制策略

经过对提升机系统的分析，为了实现制动系统与调速系统的协调控制，我们把提升机电机的电枢电流信号作为一个输入变量，以每次提升机的提升载荷为另一个输入变量输入前面设计好的模糊控制器中，利用模糊推理器按模糊规则推出在该条件下应该的制动闸松闸速度。将此信号输入到一个常规的控制器中，对制动系统进行控制，改变制动系统输出的制动力。提升机在这个制动力和电机转矩以及提升载荷重力的共同作用下开始起动。随着电机输出转矩的逐渐增大，同时逐渐减小制动力，使提升容器平稳的加速开车，最终达到制动系统和调速系统之间的协调控制。采用的提升机制动系统与调速系统模糊控制策略框图如图1所示。

其中，模糊控制器的制动系统结构框图如图2所示。

图1 控制策略框图

图2 控制策略框图

由于在这里模糊控制器的隶属度函数和控制规则是按照操作人员的经验进行编制的，与实际情况不一定完全符合。为了保证模糊控制器控制的可靠性，采用了两个修正因子α与β。参数α与β的改变相当于改变隶属度函数和控制规则，这种模糊控制器就可以适用各种不同的情况，实现制动系统与调速系统的协调控制。

整个模糊系统由传动部分和制动部分组成，协调部分由PLC完成，选用西门子公司的S7-300作为硬件基础。系统软件主要实现对传感器传来的各种信号如提升载荷大小、电机电流大小、制动系统压力大小等模拟量的采集、处理等工作，并对所采集的参量按照控制算法计算后输出用于控制，控制程序框图如图3所示。

图3 PLC控制程序框图

4.结语

本文提升电机的电机电流信号引入至制动系统的控制中，使开车时的制动力变化与提升载荷和电机电流关联起来，通过模糊控制的方式分析控制过程并参与提升机控制，实现了对提升机制动系统与调速系统的协调控制。

参考文献

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]王清灵，龚幼民.现代矿井提升机电控系统[M].北京：机械工业出版社，1996.

[3]黄卫华.模糊控制系统及应用[M].北京：电子工业出版社，2012.

作者简介：刘辉（1978—），男，安徽宿州人，天地科技股份有限公司工程师，主要研究方向：电力电子及自动化控制。