王巧蓮，　高彩霞，　王福忠

(1.廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系， 廣東 廣州　510430；2.河南理工大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院， 河南 焦作　454000)

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多機(jī)驅(qū)動(dòng)大傾角帶式輸送機(jī)模糊控制算法

王巧蓮1，高彩霞2，王福忠2

(1.廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系， 廣東 廣州510430；2.河南理工大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院， 河南 焦作454000)

針對(duì)多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的大傾角帶式輸送機(jī)重載啟動(dòng)與停止時(shí)物料下滑或滾動(dòng)等問(wèn)題，建立了多機(jī)驅(qū)動(dòng)大傾角帶式輸送機(jī)模糊控制算法，介紹了大傾角帶式輸送機(jī)總體控制模型、帶式輸送機(jī)的速度設(shè)定算法和功率平衡模糊PID參數(shù)自整定算法。應(yīng)用結(jié)果表明，該模糊控制算法能夠根據(jù)煤流量的實(shí)時(shí)變化自動(dòng)調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度，速度控制誤差小于2%，功率控制誤差小于2.5%，能使4臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率趨于一致，實(shí)現(xiàn)了四機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)可靠、安全、節(jié)能運(yùn)行。

大傾角帶式輸送機(jī)； 多機(jī)驅(qū)動(dòng)； 功率平衡； PID控制

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160429.1126.011.html

0　引言

隨著現(xiàn)代化礦井的建設(shè)，煤炭產(chǎn)量不斷提高，礦井采掘深度不斷增加，煤礦廣泛使用的帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸距離越來(lái)越長(zhǎng)，輸送量越來(lái)越大，運(yùn)輸膠帶的傾角也越來(lái)越大，有的帶式輸送機(jī)的運(yùn)行傾角局部已達(dá)到38°以上[1]。為了保證帶式輸送機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，需要解決以下問(wèn)題：① 帶式輸送機(jī)在重載啟動(dòng)和停車過(guò)程產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)張力對(duì)設(shè)備的機(jī)械損傷問(wèn)題；② 電動(dòng)機(jī)在輕載或無(wú)負(fù)載高速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的電能消耗問(wèn)題；③ 多電動(dòng)機(jī)的功率平衡問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開(kāi)展了研究，但大多數(shù)是針對(duì)傾角較小(35°及以下)的情況。參考文獻(xiàn)[2]采用直接轉(zhuǎn)矩控制策略實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)功率平衡控制，雖然具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的依賴性強(qiáng)，電動(dòng)機(jī)參數(shù)估測(cè)是否準(zhǔn)確將直接影響到帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。參考文獻(xiàn)[3]提出了一種基于轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)牡V井帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率平衡控制策略，其矢量雙閉環(huán)控制器采用的是常規(guī)PI控制器，適應(yīng)能力不強(qiáng)。參考文獻(xiàn)[4]采用電流控制法對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行功率平衡調(diào)節(jié)，當(dāng)每臺(tái)電動(dòng)機(jī)電流超過(guò)或低于平均電流的5%時(shí)，調(diào)節(jié)液體黏性裝置的油壓，但并未設(shè)計(jì)控制算法。參考文獻(xiàn)[5]采用模糊神經(jīng)PID算法對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行控制，并應(yīng)用遺傳算法對(duì)模糊神經(jīng)PID控制器進(jìn)行性能優(yōu)化，雖然能獲得較高的控制精度，但是算法復(fù)雜、計(jì)算工作量大，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。參考文獻(xiàn)[6]采用自適應(yīng)模糊PID算法計(jì)算出轉(zhuǎn)矩進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)功率平衡，仿真結(jié)果表明，從電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩能很好地跟隨主電動(dòng)機(jī)，響應(yīng)時(shí)間短，超調(diào)量小，但其速度閉環(huán)采用常規(guī)PID控制器。參考文獻(xiàn)[7]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法得到了煤流量與膠帶運(yùn)行速度的最佳匹配關(guān)系，并利用模糊控制方法直接控制變頻器的輸出電壓進(jìn)而控制膠帶速度，雖然響應(yīng)速度快但穩(wěn)態(tài)精度不高。參考文獻(xiàn)[8]采用自適應(yīng)控制，根據(jù)負(fù)荷大小調(diào)節(jié)變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的節(jié)能運(yùn)行。由于大傾角帶式輸送機(jī)具有慣性大、滯后特性嚴(yán)重等特點(diǎn)，且受煤流量變化的影響較大，而多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)是一個(gè)時(shí)變、非線性的控制對(duì)象，采用常規(guī)的固定參數(shù)PID控制器難以實(shí)現(xiàn)良好控制效果，采用單一模糊控制器雖響應(yīng)速度快，但控制精度很難達(dá)到要求。為此，本文提出了基于模糊自整定PID控制算法的多機(jī)驅(qū)動(dòng)大傾角帶式輸送機(jī)模糊控制算法，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的柔性啟動(dòng)與停車及多電動(dòng)機(jī)之間的功率平衡，可根據(jù)負(fù)載大小自動(dòng)調(diào)整速度。

1　大傾角帶式輸送機(jī)總體控制模型

大傾角帶式輸送機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其采用雙滾筒4臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，各臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過(guò)可控調(diào)速裝置CST驅(qū)動(dòng)膠帶運(yùn)行。CST調(diào)速原理：驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)始終處于滿速運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整CST伺服比例閥的開(kāi)度，改變CST離合器上的液壓壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的速度調(diào)整。

圖1　雙滾筒四驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)

針對(duì)帶式輸送機(jī)重載啟動(dòng)與停止過(guò)程中物料(煤塊)下滑或滾動(dòng)以及動(dòng)態(tài)張力對(duì)設(shè)備的機(jī)械損傷問(wèn)題、輕載或無(wú)負(fù)載高速運(yùn)行狀態(tài)下機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的過(guò)度磨損和電能浪費(fèi)問(wèn)題、多電動(dòng)機(jī)間的功率平衡問(wèn)題，提出了如圖2所示的帶式輸送機(jī)總體控制模型。該控制模型主要由速度設(shè)定模塊、速度模糊控制模塊、功率平衡模糊控制模塊等組成，采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。內(nèi)環(huán)由功率平衡模糊控制器組成，其策略如下：采用主從控制模式，即將 1號(hào)電動(dòng)機(jī)的電流作為2號(hào)—4號(hào)電動(dòng)機(jī)電流的給定值，當(dāng)2號(hào)—4號(hào)電動(dòng)機(jī)電流與1號(hào)電動(dòng)機(jī)電流不一致時(shí)，功率平衡模糊控制器通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)2號(hào)—4號(hào)CST的伺服比例閥的開(kāi)度去改變電動(dòng)機(jī)的出力，從而實(shí)現(xiàn)4臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率平衡控制。外環(huán)由速度模糊控制模塊組成，其基本原理如下：將膠帶運(yùn)行速度與給定速度相比較，當(dāng)膠帶運(yùn)行速度與給定速度不一致時(shí)，控制器首先逐步調(diào)節(jié)1號(hào)CST伺服比例閥的開(kāi)度，從而改變1號(hào)電動(dòng)機(jī)的出力，其他3臺(tái)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)跟蹤1號(hào)電動(dòng)機(jī)的輸出功率，4臺(tái)CST共同作用實(shí)現(xiàn)膠帶的速度調(diào)整。速度設(shè)定模塊根據(jù)膠帶中的煤流量大小確定啟動(dòng)、停止以及正常運(yùn)行時(shí)膠帶的給定速度。

圖2　雙滾筒四驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)總體控制模型

速度模糊控制模塊和功率平衡模糊控制模塊均采用模糊自整定PID控制算法，其原理如圖3所示。PID控制器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)雙滾筒四驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的速度和功率平衡控制。模糊控制器主要用于監(jiān)督PID控制器的控制效果與調(diào)整參數(shù)，它通過(guò)不斷在線監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)速度和電動(dòng)機(jī)功率(電流)的偏差e和偏差變化率ec，分析其控制效果，通過(guò)模糊推理對(duì)PID控制器的比例系數(shù)KP、積分系數(shù)KI和微分系數(shù)KD進(jìn)行在線調(diào)整，提高雙滾筒四驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)的控制效果。速度控制模糊自整定PID的輸入為速度偏差e和速度偏差變化率ec；3個(gè)功率平衡控制模糊自整定PID的輸入量分別為2號(hào)—4號(hào)電動(dòng)機(jī)與1號(hào)電動(dòng)機(jī)的電流偏差e及電流偏差變化率ec。模糊自整定PID的輸出均為各自CST伺服比例閥的開(kāi)度。

圖3　模糊自整定PID原理

PID控制器采用增量式運(yùn)算、位置式輸出，其公式見(jiàn)式(1)、式(2)、式(3)。

Δu(k)=u(k)-u(k-1)=KPec(k)+KIe(k)+KD[ec(k)-ec(k-1)]

(1)

u(k)=u(k-1)+Δu(k)

(2)

ec(k)=e(k)-e(k-1)

(3)

式中u(k)為控制器(也稱調(diào)節(jié)器)的輸出。

模糊控制器的實(shí)現(xiàn)：首先，離線應(yīng)用仿真工具和實(shí)驗(yàn)手段，根據(jù)模糊控制原理，建立PID控制器的比例系數(shù)KP、積分系數(shù)KI與微分系數(shù)KD的增量ΔKP，ΔKI與ΔKD的在線調(diào)整表(模糊決策表)，并將其存入PLC控制器的存儲(chǔ)器中，供模糊控制器在線推理查詢用；控制過(guò)程中，模糊控制器應(yīng)用模糊推理，根據(jù)偏差e和偏差變化率ec(de/dt)的大小，從ΔKP、ΔKI與ΔKD在線調(diào)整表(模糊決策表)中查找相應(yīng)的值并代入式(4)，得到PID的3個(gè)參數(shù)KP，KI和KD整定值；最后將調(diào)整后的KP，KI和KD送入PID控制器。

(4)

2　帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度設(shè)定

為了減小機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗，提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，帶式輸送機(jī)應(yīng)按照與其煤流量相匹配的速度運(yùn)行，同時(shí)，為了防止膠帶速度頻繁變化所產(chǎn)生的沖擊張力對(duì)膠帶產(chǎn)生沖擊損傷，設(shè)置了6種速度圖：膠帶檢修時(shí)(空載)，速度為0.25 m/s；煤流量小于等于120 t時(shí)，速度為0.65m/s；煤流量大于120 t且小于等于240 t時(shí)，速度為1.35 m/s；煤流量大于240 t且小于等于360 t時(shí)，速度為2.00 m/s；煤流量大于360 t且小于等于480 t時(shí)，速度為2.55 m/s，煤流量大于480 t且小于等于600 t時(shí)，速度為3.15 m/s。

為了減小4臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減小大傾角帶式輸送機(jī)啟動(dòng)和停車時(shí)動(dòng)張力對(duì)設(shè)備的機(jī)械損傷，避免啟動(dòng)時(shí)物料下滑或滾動(dòng)，膠帶啟動(dòng)和停車的速度曲線應(yīng)采用S型速度圖[9]，如圖4所示。圖4中0～t3為帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)加速階段，t3～t4為帶式輸送機(jī)的等速運(yùn)行段，t4～t7為停車減速階段，t4～t5為初減速度段，t5～t6為恒減速度段，t6～t7為終減速度段。帶式輸送機(jī)啟動(dòng)和停車時(shí)的加速度可設(shè)定為0.1～0.3 m/s2，啟動(dòng)時(shí)間控制為 60～200 s，兩者都可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體要求設(shè)定。

圖4　膠帶啟動(dòng)和停車的速度曲線

啟動(dòng)段速度V1-V3為

(5)

(6)

(7)

式中：V1為0～t1段速度，m/s；k1為0～t1段加速度的變化率，m/s3；V2為t1～t2段速度，m/s；amq為啟動(dòng)加速段最大加速度，m/s2;V3為t2～t3段速度，m/s；k2為t2～t3段加速度的變化率，m/s3。

勻速段速度V4為

(8)

式中Vm為最大速度，m/s。

停車段速度V5-V7及行程S(t)為

(9)

(10)

(11)

(12)

式中：V5為t4～t5段速度，m/s;k3為t4～t5段加速度的變化率，m/s3;S(t)為恒減速階段的行程值，m；V6為t5～t6段速度，m/s;amz為停車制動(dòng)段最大加速度，m/s2;Vt5為t5點(diǎn)的速度，m/s;V7為t6～t7段速度，m/s;Vt6為t6點(diǎn)的速度，m/s;kz4為t6～t7段加速度的變化率，m/s3。

3　功率平衡模糊PID控制器的參數(shù)自整定算法

功率平衡模糊控制器以2號(hào)—4號(hào)電動(dòng)機(jī)與1號(hào)電動(dòng)機(jī)的電流偏差e及電流偏差變化率ec為輸入變量，輸出變量為PID控制參數(shù)的變化量ΔKP，ΔKI。

3.1模糊語(yǔ)言變量

為了保證控制規(guī)則的靈活性與細(xì)致性，又兼顧其簡(jiǎn)單與易行的要求，根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，設(shè)置模糊控制的語(yǔ)言變量取值與模糊論域：電流偏差e和偏差變化率ec的模糊集合均取7個(gè)語(yǔ)言值，分別為{負(fù)大(NB)，負(fù)中(NM)，負(fù)小(NS)，近似零(Z)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)}；輸出變量(比例系數(shù)增量ΔKP和積分系數(shù)增量ΔKI)的模糊集均取5個(gè)語(yǔ)言值，分別為{負(fù)大(NB)，負(fù)小(NS)，近似零(Z)，正小(PS)，正大(PB)}。輸入、輸出變量的基本論域都選為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，共13個(gè)等級(jí)。

3.2模糊變量隸屬函數(shù)

由于三角形隸屬函數(shù)具有較高的靈敏度，所以輸入、輸出變量都采用三角形隸屬函數(shù)，其相應(yīng)的隸屬度函數(shù)曲線如圖5和圖6所示。

3.3模糊控制規(guī)則

為了在系統(tǒng)受到擾動(dòng)初期盡快消除4臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流偏差，當(dāng)電動(dòng)機(jī)之間的電流趨于相同時(shí)，要盡量避免電流發(fā)生超調(diào)的現(xiàn)象。因此，在不同的e和ec時(shí)，對(duì)PID的3個(gè)參數(shù)的整定要求如下：

圖5　輸入變量隸屬函數(shù)曲線

圖6　輸出變量隸屬函數(shù)曲線

(1) 微分環(huán)節(jié)主要控制4臺(tái)電動(dòng)機(jī)的電流偏差變化，其主要任務(wù)是在控制過(guò)程中抑制電動(dòng)機(jī)電流偏差向任何方向的變化，對(duì)電動(dòng)機(jī)電流偏差變化進(jìn)行提前抑制，降低超調(diào)量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，但缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)時(shí)間將延長(zhǎng)，系統(tǒng)的抗干擾性能將降低，為此，功率平衡模糊PID控制器取消了微分環(huán)節(jié)。

(2) 當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流偏差較大時(shí)，無(wú)論電流偏差率如何，都應(yīng)該盡快消除電動(dòng)機(jī)的電流偏差，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，為此取較大的KP值，同時(shí)為了避免電動(dòng)機(jī)電流偏差較大時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)對(duì)PID控制器的積分作用加以限制，所以KI值取零。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流偏差較小時(shí)，為了繼續(xù)減小電動(dòng)機(jī)的電流偏差，防止出現(xiàn)過(guò)大的超調(diào)，造成系統(tǒng)振蕩和穩(wěn)定性變壞，取中等的KP值，且適當(dāng)加大KI值。當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流偏差很小時(shí)，為了盡快消除靜差，避免超調(diào)，使控制系統(tǒng)盡快穩(wěn)定，應(yīng)繼續(xù)減小比例系數(shù)KP值，適當(dāng)增大KI值。

(3) 當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流偏差與偏差變化率同號(hào)時(shí)，說(shuō)明2號(hào)—4號(hào)電動(dòng)機(jī)的電流向偏離1號(hào)電動(dòng)機(jī)的電流方向變化。若該電流偏差較大，則選取較大的KP值和較小的KI值，迅速減小電流偏差，同時(shí)改變電動(dòng)機(jī)電流偏差的變化趨勢(shì)，提高控制系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能；若電動(dòng)機(jī)電流偏差較小，則選取中等的KI值和KP值，以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，避免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。

(4) 當(dāng)2號(hào)—4號(hào)電動(dòng)機(jī)與1號(hào)電動(dòng)機(jī)的電流偏差與偏差變化率異號(hào)時(shí)，說(shuō)明2號(hào)—4號(hào)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流向趨近1號(hào)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流方向變化。若該電流偏差較大，則取中等的KP值和較小的KI值，以迅速降低電動(dòng)機(jī)電流的偏差，提高系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能；若2號(hào)—4號(hào)電動(dòng)機(jī)與1號(hào)電動(dòng)機(jī)的電流偏差較小，則取較小的KI值和KP值，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，避免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。

根據(jù)對(duì)PID參數(shù)的整定要求，采用“If E is A and EC is B then ΔKP,Iis C”的控制規(guī)則語(yǔ)句，得到ΔKP和ΔKI的模糊控制規(guī)則，見(jiàn)表1。

3.4模糊推理與決策

由于模糊在線推理計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性相對(duì)較差，難以滿足系統(tǒng)對(duì)快速響應(yīng)的要求，所以，本文采用查表法進(jìn)行模糊推理運(yùn)算。模糊控制器采用Mamdani推理法進(jìn)行推理，采用中心平均法去模糊化，得到ΔKP，ΔKI最終控制決策表(表2)。

4　運(yùn)行速度模糊PID參數(shù)自整定算法

帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度模糊控制器的輸入變量為膠帶速度偏差e、偏差變化率ec，輸出變量為PID控制器控制參數(shù)的調(diào)整值ΔKP，ΔKI，ΔKD。

表1　ΔKP和ΔKI的模糊控制規(guī)則

表2　ΔKP和ΔKI控制決策

4.1模糊語(yǔ)言變量

膠帶速度偏差e、偏差變化率ec以及輸出變量ΔKP、ΔKI和ΔKD的語(yǔ)言值皆選取7個(gè)模糊量，即{負(fù)大(NB)，負(fù)中(NM)，負(fù)小(NS)，近似零(Z)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)}，其論域皆取值為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，共13個(gè)等級(jí)。

4.2模糊控制規(guī)則的確定

膠帶運(yùn)行速度PID控制器的3個(gè)參數(shù)整定思路與功率平衡PID控制器的3個(gè)參數(shù)整定思路相似。根據(jù)膠帶系統(tǒng)的控制原理及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出輸出變量ΔKP，ΔKI和ΔKD的控制規(guī)則，見(jiàn)表3。

表3　ΔKP,ΔKI和ΔKD控制規(guī)則

4.3模糊推理及模糊決策

與功率平衡模糊控制器一樣，膠帶運(yùn)行速度PID控制器采用Mamdani推理法進(jìn)行推理，然后根據(jù)中心平均法去模糊化，計(jì)算出所有的控制量變化值ΔKP，ΔKI，ΔKD，得到最終控制表。在實(shí)際控制過(guò)程中每個(gè)控制周期內(nèi)，分別實(shí)時(shí)計(jì)算速度偏差與偏差變化率，然后將它們模糊化得到e和ec，再查控制表得出ΔKP，ΔKI和ΔKD，代入式(4)得到PID的3個(gè)調(diào)整參數(shù)KP，KI和KD。

5　實(shí)驗(yàn)分析

基于本文所設(shè)計(jì)的基于速度和功率平衡自適應(yīng)模糊PID控制算法的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)已投入實(shí)際運(yùn)行，帶式輸送機(jī)的速度與電動(dòng)機(jī)電流曲線如圖7所示。圖中，膠帶啟動(dòng)時(shí)間為180 s，膠帶穩(wěn)定給定速度為3.15 m/s，膠帶運(yùn)行穩(wěn)定后，運(yùn)行速度范圍為3.10～3.20 m/s，控制誤差小于2%，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流范圍為20.5～21.5 A，控制誤差均小于2.5%，實(shí)現(xiàn)了主井膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)可靠、安全、節(jié)能運(yùn)行。

圖7　帶式輸送機(jī)速度與電動(dòng)機(jī)電流曲線

6　結(jié)論

(1) 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)和停車的速度曲線采用S型速度圖，有效防止了帶式輸送機(jī)在重載啟動(dòng)與停止過(guò)程中物料(煤塊)下滑或滾動(dòng)，解決了膠帶在啟動(dòng)和停車過(guò)程產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)張力對(duì)設(shè)備的機(jī)械損傷問(wèn)題，提高了設(shè)備與操作人員的安全性。

(2) 根據(jù)煤流量的大小把帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度分為6檔，采用模糊自整定PID算法進(jìn)行速度控制，速度控制誤差小于2%。

(3) 采用主從控制模式，把1號(hào)電動(dòng)機(jī)的電流作為給定值，采用模糊自整定PID控制算法使2號(hào)—4號(hào)電動(dòng)機(jī)電流跟隨1號(hào)電動(dòng)機(jī)的電流，控制誤差小于2.5%，系統(tǒng)的控制精度高；使4臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率基本平衡或差值控制在允許范圍內(nèi)，可有效防止電動(dòng)機(jī)燒毀事故，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，延長(zhǎng)帶式輸送機(jī)的使用壽命。

應(yīng)用結(jié)果表明，多機(jī)驅(qū)動(dòng)大傾角帶式輸送機(jī)模糊控制算法實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的柔性啟動(dòng)與停車及多電動(dòng)機(jī)之間的功率平衡，可根據(jù)負(fù)載大小自動(dòng)調(diào)整速度，提高了設(shè)備的可靠性、安全性以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

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Fuzzy control algorithm for high-inclination belt conveyor driven by multi-motor

WANG Qiaolian1，GAO Caixia2，WANG Fuzhong2

(1.Department of Information Engineering, Guangzhou Railway Polytechnic, Guangzhou 510430, China; 2.School of Electronic Engineering and Automation, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)

In order to solve the problem of material′s falling or rolling which occurs in starting and braking of high-inclination belt conveyor driven by multi-motor, a fuzzy control algorithm for high-inclination belt conveyor driven by multi-motor was established, and overall control model of high-indiration belt conveyor, speed setting algorithm of belt conveyor, and a fuzzy PID parameters self-tuning algorithm for power balance were introduced. The application shows that the fuzzy control algorithm can automatically adjust speed of belt conveyor according to real-time changes of coal traffic, it makes speed control error lower than 2% and power control error lower than 2.5%, enables power of four drive motors tends to the same, and achieves reliable, safe and energy-saving operation of belt conveyor driven by four motors.

high-inclination belt conveyor; multi-motor drive; power balance; PID control

1671-251X(2016)05-0045-07

10.13272/j.issn.1671-251x.2016.05.011

2015-11-30；

2016-03-11；責(zé)任編輯：胡嫻。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61104079)；河南高?？萍紕?chuàng)新人才基金項(xiàng)目(13HASTIT044)。

王巧蓮(1969-)，女，河南孟州人，副教授，碩士，主要從事計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面的研究工作，E-mail:254636920@qq.com。

TD634.1

A網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-04-29 11:26

王巧蓮，高彩霞，王福忠.多機(jī)驅(qū)動(dòng)大傾角帶式輸送機(jī)模糊控制算法[J].工礦自動(dòng)化，2016,42(5)：45-51.