摘 要：礦井中使用的提升機(jī)包括機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)三個(gè)部分，屬于典型的機(jī)電液一體化產(chǎn)品。使用過(guò)程中利用液壓馬達(dá)帶動(dòng)其滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的提升，在礦井中得到了非常廣泛的應(yīng)用。文章主要就礦井液壓提升機(jī)的機(jī)電液協(xié)同控制進(jìn)行了闡述，給出了其具體的控制策略。

關(guān)鍵詞：液壓提升機(jī)；機(jī)電液；控制策略

傳統(tǒng)情況下的液壓提升機(jī)采用手動(dòng)開環(huán)方式進(jìn)行控制，導(dǎo)致其工作過(guò)程中出現(xiàn)非常嚴(yán)重的問(wèn)題，如上坡啟動(dòng)負(fù)載瞬時(shí)下滑引起的重大安全隱患、二級(jí)制動(dòng)特性差引起的較大振動(dòng)噪聲、自動(dòng)化程度不高決定的低運(yùn)行效率與低平層精度、乘坐舒適性欠佳等。為此，本文以礦井液壓提升機(jī)為研究對(duì)象，探討其先進(jìn)的控制策略，實(shí)現(xiàn)其控制質(zhì)量的提升。

1 液壓提升機(jī)電液集成系統(tǒng)具體方案

隨著科技的不斷發(fā)展，電液集成控制技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多。根據(jù)不同的分類方式可以將其劃分成不同的類型，如按照其使用控制閥類型的不同，可以將其分成電液伺服控制、電液比例控制以及電液數(shù)字控制。其中采用伺服控制技術(shù)的提升機(jī)具有控制精度高以及反應(yīng)速度快的特點(diǎn)，常用于開環(huán)控制系統(tǒng)的控制中；電液比例控制則常用于開環(huán)控制系統(tǒng)。數(shù)字控制技術(shù)是近些年來(lái)興起的控制技術(shù)，雖然具有較高的控制精度，但是其控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，控制成本較高。對(duì)于礦井提升機(jī)來(lái)說(shuō)，其能夠投入的成本數(shù)量有限，所以綜合對(duì)比三種不同類型的控制方式，本文選擇電液伺服控制技術(shù)作為礦井提升機(jī)控制的主要技術(shù)。

電液伺服控制技術(shù)采用電氣和液壓兩個(gè)模塊共同完成對(duì)提升機(jī)運(yùn)輸?shù)目刂?，為了提高其控制精度，采用了閉環(huán)控制方式。按照伺服控制對(duì)象的不同，又可以將其分成速度控制、位置控制以及壓力控制三個(gè)部分。對(duì)于礦井提升機(jī)來(lái)說(shuō)，其控制的重點(diǎn)是運(yùn)輸速度，所以設(shè)計(jì)過(guò)程中將速度作為其控制的重點(diǎn)。

2 液壓提升機(jī)電液集成系統(tǒng)硬件

提升機(jī)的運(yùn)動(dòng)是在硬件部分和軟件部分的共同控制下完成的，其中硬件部分包括了主機(jī)、過(guò)程通道、接口裝置、外部設(shè)備與執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，它們協(xié)同完成提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)信息的采集、傳輸、處理和變換等等。用戶在使用過(guò)程中可以根據(jù)控制需要，對(duì)計(jì)算機(jī)主板上的擴(kuò)展槽進(jìn)行開發(fā)。

提升機(jī)控制系統(tǒng)在使用過(guò)程中需要檢測(cè)其運(yùn)行速度，然后將檢測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并且將其存儲(chǔ)到控制系統(tǒng)的RAM中。同時(shí)，還要完成控制程序以及給定指令信號(hào)的對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制程序的調(diào)整，確保控制精度。經(jīng)過(guò)調(diào)整后的指令信號(hào)再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大以及處理等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)和控制。

3 液壓提升機(jī)電液集成系統(tǒng)軟件

軟件部分是液壓提升機(jī)運(yùn)行的主要程序，按照其軟件中程序的不同，可以將其分成系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和操作。其中系統(tǒng)軟件能夠?yàn)榭刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用、維護(hù)以及管理提供便利；應(yīng)用軟件則是指具有特定控制功能的部分，對(duì)于液壓提升機(jī)來(lái)說(shuō)包括了數(shù)據(jù)采集及處理程序、控制程序、故障報(bào)鰲處理程序、數(shù)據(jù)處理程序、各種輔助程序等。

對(duì)于礦井液壓提升機(jī)來(lái)說(shuō)，控制程序是其軟件部分設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在選擇過(guò)程中應(yīng)該根據(jù)工程機(jī)械的特點(diǎn)，選擇常用的PID控制方法、模糊控制方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法等實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行過(guò)程中速度的精確控制。

4 液壓提升機(jī)電液速度伺服控制系統(tǒng)方塊圖

圖1給出了提升機(jī)伺服控制系統(tǒng)的方塊圖，由于提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中作用在液壓缸活塞上的力較小，基本上可以忽略。通過(guò)對(duì)該圖的分析，可以知道它跟經(jīng)典的變量泵控制系統(tǒng)相比增加了轉(zhuǎn)速傳感器，它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的實(shí)時(shí)采集，并且將采集到的信號(hào)跟指令信號(hào)進(jìn)行差值運(yùn)算，反饋到伺服機(jī)構(gòu)的輸入端，降低液壓泵輸入和輸出流量的誤差。

這類系統(tǒng)的位移檢測(cè)器多采用電位器或差動(dòng)變壓器，液壓泵一般為軸向柱塞泵，變量伺服機(jī)構(gòu)的液壓缸、伺服閥和位移檢測(cè)器組成一體，然后安裝在液壓泵上。礦井用提升機(jī)中使用的液壓馬達(dá)屬于定量馬達(dá)，其變量伺服部分產(chǎn)生的慣性量較小，導(dǎo)致液壓缸在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的諧振比較高，所以采用積分公式進(jìn)行處理。對(duì)于提升機(jī)來(lái)說(shuō)，其動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)劣受變量泵一定量馬達(dá)特性的影響較大。

從圖中還可以看出，本次電液控制系統(tǒng)中引入了變量缸位移的局部反饋，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原有變量缸中積分的抵消，導(dǎo)致其采集到的積分信號(hào)非常弱，為此必須要對(duì)其進(jìn)行放大處理，即增加比例積分放大器。這樣采集到的積分信號(hào)就會(huì)串聯(lián)在一起，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)原有信號(hào)的校正，得到一個(gè)簡(jiǎn)單的I型控制系統(tǒng)。與原有系統(tǒng)相比，其控制精度得到了有效的提升，靜態(tài)誤差趨近于0。本次設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了積分放大器，并且在后續(xù)環(huán)節(jié)中還增加了其信號(hào)的分析和校正。

5 液壓提升機(jī)電液速度伺服系統(tǒng)模糊控制

5.1 模糊控制的基本原理

其中模糊控制器為核心元件，其利用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)控制方式的。計(jì)算機(jī)程序中應(yīng)用的模糊算法首先選取中斷采樣數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)作為精確值與給定值進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，得出的誤差信號(hào)就是模糊控制需要的輸入量。同時(shí)模糊數(shù)據(jù)的過(guò)程就是針對(duì)誤差的精確量操作的。用模糊語(yǔ)言來(lái)表示誤差的模糊量，較多的模糊語(yǔ)言組成一個(gè)模糊子集。這些模糊子集和模糊規(guī)則在通過(guò)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，得到模糊控制量，有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用模糊控制量再次反模糊化得到精確控制量達(dá)到精確控制效果。

5.2 模糊控制器的組成

模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心部分，也是區(qū)別于一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。模糊控制系統(tǒng)的性能不僅與自身結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與系統(tǒng)采用的模糊規(guī)則、合成推理算法等均有關(guān)，不同的模糊控制系統(tǒng)還應(yīng)用了不同的模糊決策。模糊控制器包括模糊化接口、模糊推理機(jī)和解模糊接口。其中模糊推理機(jī)中包含著數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文應(yīng)用的提升機(jī)控制系統(tǒng)參考電液速度伺服控制，使其控制效果響應(yīng)特性良好，并具有較好的抗干擾性能，在參數(shù)變化時(shí)和非線性變化時(shí)能夠得出對(duì)應(yīng)值，對(duì)隨機(jī)干擾進(jìn)行有效控制。

參考文獻(xiàn)

[1]趙亮.液壓提升機(jī)電液比例伺服系統(tǒng)研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2011.

作者簡(jiǎn)介：康曉光（1984，10-），男，山西省忻州市人，2006年畢業(yè)于大同大學(xué)綜合機(jī)械化采煤技術(shù)專業(yè)，潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)公司機(jī)電科副科長(zhǎng)，主要從事煤礦機(jī)電管理工作。