矿井液压提升机的机电液协同平衡和控制策略

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摘 要：矿井中使用的提升机包括机械系统、电气系统和液压系统三个部分，属于典型的机电液一体化产品。使用过程中利用液压马达带动其滚筒的转动，进而实现对设备的提升，在矿井中得到了非常广泛的应用。文章主要就矿井液压提升机的机电液协同控制进行了阐述，给出了其具体的控制策略。

关键词：液压提升机；机电液；控制策略

传统情况下的液压提升机采用手动开环方式进行控制，导致其工作过程中出现非常严重的问题，如上坡启动负载瞬时下滑引起的重大安全隐患、二级制动特性差引起的较大振动噪声、自动化程度不高决定的低运行效率与低平层精度、乘坐舒适性欠佳等。为此，本文以矿井液压提升机为研究对象，探讨其先进的控制策略，实现其控制质量的提升。

1 液压提升机电液集成系统具体方案

随着科技的不断发展，电液集成控制技术的应用越来越多。根据不同的分类方式可以将其划分成不同的类型，如按照其使用控制阀类型的不同，可以将其分成电液伺服控制、电液比例控制以及电液数字控制。其中采用伺服控制技术的提升机具有控制精度高以及反应速度快的特点，常用于开环控制系统的控制中；电液比例控制则常用于开环控制系统。数字控制技术是近些年来兴起的控制技术，虽然具有较高的控制精度，但是其控制系统比较复杂，控制成本较高。对于矿井提升机来说，其能够投入的成本数量有限，所以综合对比三种不同类型的控制方式，本文选择电液伺服控制技术作为矿井提升机控制的主要技术。

电液伺服控制技术采用电气和液压两个模块共同完成对提升机运输的控制，为了提高其控制精度，采用了闭环控制方式。按照伺服控制对象的不同，又可以将其分成速度控制、位置控制以及压力控制三个部分。对于矿井提升机来说，其控制的重点是运输速度，所以设计过程中将速度作为其控制的重点。

2 液压提升机电液集成系统硬件

提升机的运动是在硬件部分和软件部分的共同控制下完成的，其中硬件部分包括了主机、过程通道、接口装置、外部设备与执行机构等，它们协同完成提升机运行过程中数据信息的采集、传输、处理和变换等等。用户在使用过程中可以根据控制需要，对计算机主板上的扩展槽M行开发。

提升机控制系统在使用过程中需要检测其运行速度，然后将检测到的模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号，并且将其存储到控制系统的RAM中。同时，还要完成控制程序以及给定指令信号的对比，实现对控制程序的调整，确保控制精度。经过调整后的指令信号再经过A/D转换、信号放大以及处理等操作，实现对提升机运行速度的调节和控制。

3 液压提升机电液集成系统软件

软件部分是液压提升机运行的主要程序，按照其软件中程序的不同，可以将其分成系统软件和应用软件，从而实现对硬件设备的驱动和操作。其中系统软件能够为控制系统的应用、维护以及管理提供便利；应用软件则是指具有特定控制功能的部分，对于液压提升机来说包括了数据采集及处理程序、控制程序、故障报鳌处理程序、数据处理程序、各种辅助程序等。

对于矿井液压提升机来说，控制程序是其软件部分设计的重点，在选择过程中应该根据工程机械的特点，选择常用的PID控制方法、模糊控制方法以及神经网络控制方法等实现对其运行过程中速度的精确控制。

4 液压提升机电液速度伺服控制系统方块图

图1给出了提升机伺服控制系统的方块图，由于提升机运行过程中作用在液压缸活塞上的力较小，基本上可以忽略。通过对该图的分析，可以知道它跟经典的变量泵控制系统相比增加了转速传感器，它能够实现对液压马达转动速度的实时采集，并且将采集到的信号跟指令信号进行差值运算，反馈到伺服机构的输入端，降低液压泵输入和输出流量的误差。

这类系统的位移检测器多采用电位器或差动变压器，液压泵一般为轴向柱塞泵，变量伺服机构的液压缸、伺服阀和位移检测器组成一体，然后安装在液压泵上。矿井用提升机中使用的液压马达属于定量马达，其变量伺服部分产生的惯性量较小，导致液压缸在运行过程中产生的谐振比较高，所以采用积分公式进行处理。对于提升机来说，其动态特性的优劣受变量泵一定量马达特性的影响较大。

从图中还可以看出，本次电液控制系统中引入了变量缸位移的局部反馈，实现了对原有变量缸中积分的抵消，导致其采集到的积分信号非常弱，为此必须要对其进行放大处理，即增加比例积分放大器。这样采集到的积分信号就会串联在一起，并且实现对原有信号的校正，得到一个简单的I型控制系统。与原有系统相比，其控制精度得到了有效的提升，静态误差趋近于0。本次设计过程中采用了积分放大器，并且在后续环节中还增加了其信号的分析和校正。

5 液压提升机电液速度伺服系统模糊控制

5.1 模糊控制的基本原理

其中模糊控制器为核心元件，其利用计算机程序实现控制方式的。计算机程序中应用的模糊算法首先选取中断采样数据，并将该数据作为精确值与给定值进行对比计算，得出的误差信号就是模糊控制需要的输入量。同时模糊数据的过程就是针对误差的精确量操作的。用模糊语言来表示误差的模糊量，较多的模糊语言组成一个模糊子集。这些模糊子集和模糊规则在通过推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量，有的执行机构利用模糊控制量再次反模糊化得到精确控制量达到精确控制效果。

5.2 模糊控制器的组成

模糊控制器是模糊控制系统的核心部分，也是区别于一般的计算机系统的主要特点。模糊控制系统的性能不仅与自身结构有关，还与系统采用的模糊规则、合成推理算法等均有关，不同的模糊控制系统还应用了不同的模糊决策。模糊控制器包括模糊化接口、模糊推理机和解模糊接口。其中模糊推理机中包含着数据库和规则库。

6 结束语

本文应用的提升机控制系统参考电液速度伺服控制，使其控制效果响应特性良好，并具有较好的抗干扰性能，在参数变化时和非线性变化时能够得出对应值，对随机干扰进行有效控制。

参考文献

[1]赵亮.液压提升机电液比例伺服系统研究[D].中国矿业大学，2011.

作者简介：康晓光（1984，10-），男，山西省忻州市人，2006年毕业于大同大学综合机械化采煤技术专业，潞安集团潞宁煤业公司机电科副科长，主要从事煤矿机电管理工作。