多机驱动大倾角带式输送机模糊控制算法.pdf

第 4 2卷 第 5期 2 0 1 6年 5月 工矿 自 动化 I nd us t r y a n d M i ne Au t o ma t i on Vo 1 ． 4 2 No ． 5 M a y 2 0 1 6 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 5 0 0 4 5 0 7 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 6 ． 0 5 ． 0 1 1 王巧莲 ， 高彩霞， 王福忠． 多机驱动大倾角带式输送机模糊控制算法E J I ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 5 4 5 5 1 ． 多机驱动大倾角带式输送机模糊控制算法 王巧 莲 ， 高彩 霞。 ， 王福 忠。 1 ． 广州铁路职业技术学院 信息工程系 ， 广东 广州 5 1 0 4 3 0 ； 2 ． 河南理工大学 电气工程与 自动化学院， 河南 焦作4 5 4 0 0 0 摘要 针 对 多 电动机 驱 动 的大倾 角带式输 送机 重载 启 动与停 止 时物料 下 滑或滚 动等 问题 ， 建 立 了多机 驱 动大倾角带式输送机模糊控制算法， 介绍了大倾角带式输送机总体控制模 型、 带式输送机的速度设定算法和 功率平衡模糊 P I D参数 自整定算法。应用结果表明， 该模糊控制算法能够根据煤流量的 实时变化 自动调 节 带 式输 送机 的运 行速 度 ， 速 度控 制误 差 小 于 2 ， 功 率控 制误 差 小 于 2 ． 5 ， 能 使 4台驱 动 电动 机 功 率趋 于 一 致 ， 实现 了四机驱动带式输送机可靠、 安全、 节能运行 。 关键词 大倾 角带式输送机 ；多机驱动 ；功率平衡 ； P I D控制 中图分类号 T D6 3 4 ． 1 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 6 0 4 2 9 1 1 2 6 网络出版地址 h t t p ／ ／ www ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 0 4 2 9 ． 1 1 2 6 ． O 1 1 ． h t ml F u z z y c o n t r o l a l g o r i t h m f o r h i g h - i n c l i n a t i o n b e l t c o n v e y o r d r i v e n b y mu l t i - mo t o r WANG Qi a o l i a n ， GAO Ca i x i a 。 ， WANG Fu z h o n g 。 1． De p a r t m e nt o f I nf o r m a t i o n Eng i ne e r i ng，Gu a ng z hou Ra i l wa y Po l y t e c hni c，Gua n gz ho u 5 1 04 3 0，Chi na 9’ 2． S c h o o l o f El e c t r o n i c En g i n e e r i n g a n d Au t o ma t i o n ，He n a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m o f ma t e r i a l S f a l l i n g o r r o l l i n g wh i c h o c c u r s i n s t a r t i n g a n d b r a k i n g o f h i g h i n c l i n a t i o n b e l t c o n v e y o r d r i v e n b y mu l t i mo t o r ， a f u z z y c o n t r o l a l g o r i t h m f o r h i g h i n c l i n a t i o n b e l t c o n v e y o r d r i v e n b y mu l t i - mo t o r wa s e s t a b l i s h e d ， a n d o v e r a l l c o n t r o l mo d e l o f h i g h i n d i r a t i o n b e l t c o n v e y o r ，s p e e d s e t t i n g a l g o r i t h m o f b e l t c o n v e y o r ，a n d a f u z z y PI D p a r a me t e r s s e l f - t u n i n g a l g o r i t h m f o r p o we r b a l a n c e we r e i n t r o d u c e d．Th e a p p l i c a t i o n s h o ws t h a t t h e f u z z y c o n t r o l a l g o r i t h m c a n a u t o ma t i c a l l y a d j u s t s p e e d o f b e l t c o n v e y o r a c c o r d i n g t o r e a l t i me c h a n g e s o f c o a l t r a f f i c ，i t ma k e s s p e e d c o nt r o l e r r or 1 o w e r t ha n 2 a nd po we r c o nt r o 1 e r r or l o we r t h a n 2． 5 ，e na b l e s po we r o f f ou r dr i v e m o t o r s t e n d s t o t h e s a me ，a n d a c h i e v e s r e l i a b l e ，s a f e a n d e n e r g y s a v i n g o p e r a t i o n o f b e l t c o n v e y o r d r i v e n b y f o u r m ot ors． Ke y wo r d s h i g h i n c l i n a t i o n b e l t c o n v e y o r ；mu l t i mo t o r d r i v e ；p o we r b a l a n c e；P I D c o n t r o l 0 引言 随着现代化矿井的建设 ， 煤炭产量不断提高 ， 矿 井采掘深度不断增加 ， 煤矿广泛使用 的带式输送机 的运输距离越来越长 ， 输送量越来越大 ， 运输胶带的 倾角也越来越大， 有的带式输送机 的运行倾角局部 已达到 3 8 。 以上 。为了保证带式输送机的安全、 稳 定运行 ， 需要解决 以下 问题 ① 带式输送 机在重载 启动和停车过程产生的动态张力对设备的机械损伤 问题 ； ② 电动机在轻载或无负载高速运行状态时的 电能消耗问题 ； ③ 多电动机的功率平衡问题 。针对 以上 问题 ， 国内外学者也开展了研究 ， 但大多数是针 对倾角较小 3 5 。 及以下 的情况 。参考文献 [ 2 ] 采用 直接转矩控制策略实现电动机功率平衡控制 ， 虽然 收稿 日期 2 0 1 5 1 1 3 0； 修回 日期 2 0 1 6 0 3 1 1 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 国家 自然科学基 金项 目 6 1 1 0 4 0 7 9 ； 河南高校科技创新人才基金项 目 1 3 HAS TI T0 4 4 。 作者简介 王巧莲 1 9 6 9 一 ， 女 ， 河 南孟州人 ， 副教授 ， 硕士 ， 主要从事计算机控制 、 网络技术等方面的研 究工作 ， E - ma i l 2 5 4 6 3 6 9 2 0 q q ． c o rn。 4 6 工 矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 具有响应速度快、 稳定性好等优点 ， 但是对电动机参 数的依赖性强 ， 电动机参数估测是否准确将直接影 响到带式输送机控制系统的性能和稳定性 。参考文 献[ 3 ] 提出了一种基于转矩补偿的矿井 带式输送机 电动机运行功率平衡控制策略， 其矢量 双闭环控制 器采用的是常规 P I 控制器， 适应能力不强。参考文 献[ 4 ] 采用 电流控制法对带式输送机进行 功率平衡 调节 ， 当每 台 电动 机 电流 超过 或低 于平 均 电流 的 5 时， 调节液体黏性装置的油压， 但并 未设计控制 算法。参考文献[ 5 ] 采用模糊神经 P I D算法对带式 输送机进行控制 ， 并应用遗传算法对模糊 神经 P I D 控制器进行性能优化， 虽然能获得较高的控制精度 ， 但是算法复杂 、 计算工作量大， 响应时间长 。参考文 献E 6 3 采用 自适应模糊 P I D算法计算 出转矩进而控 制电动机功率平衡 ， 仿真结果表明， 从电动机的转矩 能很好地跟随主电动机 ， 响应 时间短 ， 超调量小 ， 但 其速度闭环采用常规 P I D控制器 。参考文献E 7 3 利 用神经网络和遗传算法得到了煤流量与胶带运行速 度的最佳匹配关系， 并利用模糊控制方法直接控制 变频器的输出电压进而控制胶带速度 ， 虽然响应速 度快但稳态精度不高 。参考文献[ 8 ] 采用 自适应控 制， 根据负荷大小调节变频器的频率 ， 实现了带式输 送 机 的节 能运 行 。由于 大倾 角带 式输 送机 具有 惯性 大、 滞后特性严重等特点， 且受煤流量变化的影响较 大 ， 而 多 电动机 驱 动 的带 式 输送机 是一 个 时变 、 非线 性的控制对象 ， 采用常规的 固定参数 P I D控制器难 以实 现 良好控 制效 果 ， 采 用 单 一 模 糊 控 制 器 虽 响应 速度快 ， 但控制精度很难达到要求 。为此 ， 本文提出 了基于模糊 自整定 P I D控制算法的多机驱动大倾 角带式输送机模糊控制算法 ， 实现 了带式输送机 的 柔性 启 动与停 车 及 多 电动 机 之 间的 功率 平衡 ， 可根 据负 载 大小 自动 调整速 度 。 1 大倾 角 带式输 送机 总体 控 制模 型 大倾角带式输送机 的基 本结构如图 1所示 ， 其 采用双滚筒 4台三相异步 电动机驱动， 各 台电动机 通过可控调速装置 C S T驱动胶带运行。C S T调速 图 1 双滚筒 四驱 动带 式输 送机结构 原理 驱动电动机始终处于满速运行状态 ， 通过调整 C S T伺服比例 阀的开度 ， 改变 C S T离合器上 的液 压压 力来 实现带 式输 送机 的速 度调 整 。 针对带式输送机重载启动与停 止过程 中物料 煤块 下滑或滚动以及动态张力对设备的机械损伤 问题、 轻载或无负载高速运行状态下机械传动机构 的过度磨损和电能浪费问题 、 多电动机 间的功率平 衡问题 ， 提 出了如图 2所示的带式输送机总体控制 模型。该控制模型主要 由速度设定模块、 速度模糊 控 制模 块 、 功率 平衡模 糊 控制模 块等 组成 ， 采用 双 闭 环结构。内环由功率平衡模糊控制器组成， 其策略 如下 采用主从控制模式 ， 即将 1号 电动机 的电流 作为 2号～4号电动机电流的给定值 ， 当 2 号一4 号 电动机电流与 1 号 电动机 电流不一致时 ， 功率平衡 模糊控制器通过 自动调节 2号～4号 C S T 的伺服 比例阀的开度去改变电动机 的出力 ， 从而实现 4台 电动机功率平衡控制 。外环由速度模糊控制模块组 成 ， 其 基本 原理 如下 将 胶带运 行速 度与 给定速 度相 比较 ， 当胶 带运 行速 度与 给定速 度不 一致 时 ， 控 制器 首先 逐步调 节 1号 C S T伺服 比例 阀 的开 度 ， 从 而改 变 1号 电动机 的出力 ， 其 他 3台电动机 自动跟踪 1号 电动机 的输 出功率 ， 4 台C S T共 同作用实现胶 煤 速度 图 2 双滚筒 四驱动带式输送机总体控制模型 2 0 1 6年第 5期 王巧莲等 多机驱动大倾 角带式输送机模糊控制算法 4 7 带的速度调整 。速度设定模块根据胶带中的煤流量 大小确定启 动、 停 止 以及 正 常运行 时胶 带 的给定 速度 。 速度模糊控制模块和功率平衡模糊控制模块均 采用模糊 自整定 P I D控制算法 ， 其原 理如 图 3所 示。P I D控制器主要实现对双滚筒四驱动带式输送 机的速度和功率平衡控制。模糊控制器主要用于监 督 P I D控制器的控制效果与调整参数 ， 它通过不断 在线监测带式输送机速度 和电动机功率 电流 的偏 差 e 和偏差变化率 e ， 分析其控制效果 ， 通过模糊推 理对 P I D控制器的比例系数 K 、 积分系数 K 和微 分系数 K。进行在线调整 ， 提高双滚筒 四驱动带式 输送机控制系统 的控制效果 。速度控制模糊 自整定 P I D的输人为速度偏差 e 和速度偏差变化率 e 。 ； 3个 功率 平衡 控 制模 糊 自整 定 P I D 的输 入量 分别 为 2 号一4号 电动机与 1号 电动机 的电流偏差 e及 电 流偏差变化率 e 。模糊 自整定 P I D 的输 出均为各 自 C S T伺服比例阀的开度。 图 3模 糊 自整 定 PI D原 理 P I D控 制器 采用 增量 式运 算 、 位置 式输 出 ， 其公 式 见式 1 、 式 2 、 式 3 。 Au 是 一 是 一 乱 k一 1 一 KP e k KI e k KD E e 忌 一e 是 一1 ] 1 U 忌 一 g 一 1 Au 愚 2 P 忌 一 P 忌 一e k 一 1 3 式 中 忌 为控制器 也称调节器 的输出。 模糊控制器的实现 首先 ， 离线应用仿真工具和 实验手段 ， 根据模糊控制原理， 建立 P I D控制器的 比例系数 K 、 积分系数 K 与微分系数 K。的增量 A Kr ， A K 与 A Ko的在 线 调 整表 模糊 决 策 表 ， 并 将其 存 人 P L C控 制器 的存 储器 中 ， 供 模 糊 控制 器在 线推理查询用 ； 控制过程中， 模糊控制器应用模糊推 理 ， 根据偏差 e和偏差 变化率 e d e ／ d t 的大小 ， 从 A K 、 A K 与 A K。在线调整表 模糊决策表 中查找 相应 的值并代入式 4 ， 得 到 P I D 的 3个参 数 K ， K 和 Ko整定值 ； 最后将调整后的 KP ， K 和 KD送 人 P I D控制器 。 f KP K P { E， Ec ； KP K P AKP KI K { E， E c ； KI K 。 △K1 4 【 KD K D { E， Ec ； KDK D △KD 式中 K ， K 和 K 。为采用传统 P I D参数整定方 法得到的 K ， K。 以及 K。的初始预整定值 。 2带式 输送机 运行 速度 设定 为了减小机械传动机构的损耗 ， 提高电动机的 运行效率 ， 带式输送机应按照与其煤流量相匹配的 速度运 行 ， 同时 ， 为 了 防止 胶带 速度 频繁 变化 所产 生 的冲击张力对胶带产生冲击损伤 ， 设置 了 6种速度 图 胶带检修时 空载 ， 速度为 0 ． 2 5 m／ s ； 煤流量小 于等于 1 2 0 t 时 ， 速度为 0 ． 6 5 m／ s ； 煤流量大于 1 2 0 t 且小于等于 2 4 0 t 时 ， 速度为 1 ． 3 5 m／ s ； 煤流量大于 2 4 0 t 且小于等于 3 6 0 t 时 ， 速度为 2 ． 0 0 m／ s ； 煤 流 量 大 于 3 6 0 t且 小 于 等 于 4 8 0 t时， 速 度 为 2 ． 5 5 m／ s ， 煤流量 大于 4 8 0 t 且小于等于 6 0 0 t 时 ， 速 度 为 3 ． 1 5 m／ s 。 为 了减小 4台驱动电动机启动电流对 电网的冲 击 ， 减小大倾角带式输送机启动和停车时动张力对 设备的机械损伤 ， 避免启动时物料下滑或滚动 ， 胶带 启动和停 车 的速度 曲线应 采用 S型速 度 图[ 9 ] ， 如 图 4所示。 图 4中 0 ～t 。为带式输送机 的启动加速 阶段 ， t 。 ～t 为带式输送机的等速运行段 ， t ～t 为 停 车减 速 阶段 ， t ～￡ 为 初 减速 度 段 ， t 。 ～ ￡ 为恒 减 速度段 ， t ～t 为终减速 度段 。带式输送机启动和 停车时的加速度 可设定 为 0 ． 1 ～0 ． 3 m／ s ， 启动时 间控制为 6 O ～2 0 0 S ， 两者都可根据现场具体要求 设 定 。 最大速度 耋 i 启 动段速 度 V 一V 。 为 V1 一 1 t 。 5 V 2 一寺忌 1 t 口 q 一 1 6 3 一 1 1 - - a m q ￡ 2 一 ￡ 1 1 2 t - - t z 式中 V l 为 0 ～t 段速度 ， m／ s ； k 为 0 ～t 段加速 度的变化率 ， m／ s 。 ； V2 为 t 1 ～t 2段速度 ， m／ s ； a 。 为 启 动 加速段 最 大加 速度 ， m／ s ； 为 t 。 ～ 。 段 速度 ， 4 8 工矿 自动 化 2 0 1 6年 第 4 2卷 m／ s ； k 。 为t ～ 段加速度的变化率 ， m／ s 。 。 匀 速 段速度 V 为 V4 ￡ 一 V ， t 4 t ≤ t 5 8 式 中 V 为 最大速 度 ， m／ s 。 停车段速度 V 及行程 S 为 1 V5 一 V 一 k 3 ￡ 一t 4 ， t 4 t ≤ t 5 9 厶 1 S 一 V ￡ 一 t 4 一 k 3 一 t 4 。 1 0 U V 6 一 2 n sV ， t 5 t ≤ t 6 1 V 7 一V 一寺k z4 ￡ 一t 6 ， t 6 t ≤ t 7 1 2 厶 式 中 5 为 t 4 ～t 5 段 速度 ， m／ s ； k 3 为 t ～t 段 加速 度的变化率 ， m／ s 。 ； s 为恒减速阶段的行程值 ， m； 为 t ～t t 段 速 度 ， m／ s ； n 为停 车 制 动 段 最 大加 速 度 ， m／ s 。 i V 为 t 5点 的速 度 ， m／ s ； V 为 t 6 ～ t 7 段 速 度 ， m／ s i V 为 t 6 点 的速度 ， m／ s ； k 4 为 t 6 ～ 7 段 加 速度 的变化 率 ， m／ s 。 。 3 功 率 平衡模糊 P I D控 制器 的参数 自整 定算 法 功率平 衡模糊控 制器 以 2号一4号 电动 机与 1号电动机的电流偏差 e 及 电流偏差变化率 e 为输 入变 量 ， 输 出变 量 为 P I D控 制 参 数 的变 化 量 A K ， △KI 。 3 ． 1 模 糊语 言 变量 为 了保 证 控 制规 则 的灵 活性 与 细致 性 ， 又兼 顾 其简单与易行的要求 ， 根据实验分析 ， 设置模糊控制 的语 言变 量取 值 与 模 糊 论 域 电 流偏 差 e 和 偏 差 变 化率 e 的模糊集合均取 7个语言值 ， 分别为 { 负大 NB ， 负 中 NM ， 负小 NS ， 近 似零 z ， 正 小 P S ， 正 中 P M ， 正 大 P B ； 输 出变 量 比例 系数 增量 A K 和积分系数增量 A K 的模糊集均取 5个 语言值 ， 分别为{ 负大 NB ， 负小 Ns ， 近似零 z ， 正小 P S ， 正 大 P B 。输 入 、 输 出变 量 的基 本 论域 都选 为 { 一 6 ， 一5 ， 一4 ， 一3 ， 一2 ， 一1 ， 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 6 ， 共 1 3 个 等级 。 3 ． 2模糊 变量隶属 函数 由于三角形隶属函数具有较高的灵敏度， 所以 输入、 输 出变量都采用三角形隶属函数 ， 其相应的隶 属度函数曲线如 图 5和图 6 所示。 3 ． 3模糊 控 制规 则 为了在系统受到扰动初期尽快消除 4台驱动 电 动机的运行电流偏差 ， 当电动机之间的电流趋于相 同时 ， 要尽量避免电流发生超调的现象 。因此， 在不 -6 4 2 0 2 4 6 输入变量论域 图 5 输入变量隶属 函数 曲线 一 6 4 2 0 2 4 6 输出变量论域 图 6输 出变 量 隶 属 函数 曲线 同的 P和 e 时， 对 P I D 的 3个 参 数 的整 定 要求 如下 1 微分 环节 主要 控制 4台 电动机 的 电流 偏差 变化 ， 其主要任务是在控制过程 中抑制 电动机 电流 偏差 向任何方 向的变 化 ， 对 电动 机 电流 偏 差 变 化 进 行提前抑制 ， 降低超调量， 提高系统稳定性 ， 但缺点 是 调节 时 间将 延 长 ， 系 统 的抗 干 扰 性 能 将 降 低 ， 为 此 ， 功率平衡模糊 P I D控制器取消了微分环节 。 2 当驱 动 电 动机 的 电流 偏 差 较 大 时 ， 无 论 电 流偏差 率如 何 ， 都 应该 尽快 消除 电动机 的电流偏 差 ， 提高系统响应速度 ， 为此取较大的 K 值， 同时为 了 避 免 电动机 电流 偏差 较大 时 ， 系 统 出现较大 的超 调 ， 应对 P I D控 制器 的积分作用加 以限制 ， 所 以 K 值 取零 。 当驱 动 电动 机 的 电流 偏 差 较小 时 ， 为 了继 续 减小 电动 机 的电流偏 差 ， 防止 出现过 大 的超 调 ， 造成 系统振荡和稳定性变坏， 取 中等的 K 值 ， 且适当加 大 K 值 。当 电动 机 电流 偏 差 很 小 时 ， 为 了尽 快 消 除静差 ， 避免超调， 使控制系统尽快稳定 ， 应继续减 小 比例系 数 K 值 ， 适 当增大 K 值 。 3 当驱动电动机的电流偏差与偏差变化率同 号时， 说明 2号一4号 电动机 的电流 向偏离 1号 电 动机 的 电流方 向变化 。若 该 电流 偏 差较 大 ， 则选 取 较大的 K 值和较小 的 K 值 ， 迅速减小 电流偏差 ， 同时改变 电动机电流偏差的变化趋势 ， 提高控制系 统的动稳态性能 ； 若电动机电流偏差较小， 则选取 中 等的 K 值和 K 值 ， 以提高控制系统的稳 态性能， 避 免系统 产 生振荡 。 4 当 2号一 4号 电动 机 与 1号 电动 机 的 电流 偏 差与偏 差 变 化 率 异 号 时 ， 说 明 2号 一4号 电动 机 的运行 电 流 向趋 近 1号 电 动 机 的运 行 电 流 方 向变 化 。若该 电流偏差较 大， 则取 中等的 K 值和较小 2 0 1 6年第 5期 王巧莲等 多机驱动大倾 角带式输送机模糊控制算法 4 9 的 K 值 ， 以迅速降低电动机电流 的偏差 ， 提高系统 的动稳态性能 ； 若 2号一4号电动机与 1号 电动机 的电流偏差较小 ， 则取较小 的 K。 值和 K 值 ， 以提 高系统的稳态性能 ， 避免系统产生振荡。 根据对 P 1 D参数 的整定要求 ， 采用 “ I f E i s A a n d E C i s B t h e n A KP ． 1 i s C ” 的控 制规 则语 句 ， 得 到 A K 和 A K 的模糊控制规则 ， 见表 1 。 3 ． 4模糊 推理 与 决策 由于模糊在线推理计算量大， 实时性相对较差 ， 难 以满足系统对快速响应的要求， 所 以， 本文采用查 表 法 进 行 模 糊 推 理 运 算。模 糊 控 制 器 采 用 Ma md a n i 推理法进行推理 ， 采用 中心平均法去模糊 化 ， 得到 A K ， A K。 最终控制决策表 表 2 。 4 运 行速 度模糊 P I D参数 自整 定算 法 带式输送机 的运行速度模糊控制器的输入变量 表 1 A Kr和 A K- 的模糊控制规则 表 2 A KP和 A KI 控制 决策 为胶带速度偏差 、 偏差变化率 ， 输 出变量为 P I D 控制器控制参数的调整值 △ K ， A K。 ， A K。 。 4 ． 1 模 糊语 言 变量 胶带速度偏差 e 、 偏差变化率 e 以及输出变量 5 0 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 A K 、 A K。 和 A K。的语言值 皆选取 7个模糊量 ， 即 { 负大 N B ， 负中 NM ， 负小 NS ， 近似零 Z ， 正 小 P S ， 正 中 P M ， 正 大 P B ， 其 论 域 皆 取 值 为 { 一6 ， 一 5 ， 一 4 ， 一 3 ， 一 2 ， 一1， 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6 } ， 共 1 3个 等级 。 4 ． 2模 糊 控 制 规 则 的 确 定 胶带运行速度 P I D控制器的 3个参数整定思 路与功率平衡 P I D控制 器的 3个参数整定思路相 似 。根 据胶 带 系统 的 控 制 原 理 及 现 场 实 际 操 作 经 验 ， 总结 出输 出变量 A K ， △ K 和 △ K。的控 制规 则 ， 见表 3 。 表 3 A KP ， A KI 和 A KD控制规则 c e 参数 NB NM NS Z PS PM PB NB NM NS Z PS PM PB 4 ． 3 模 糊推 理及 模糊 决 策 与功率平 衡模 糊控 制器 一样 ， 胶 带 运行 速度 P I D控制器采用 Ma md a n i 推理法进行推理 ， 然后根 据 中心平 均 法去模 糊 化 ， 计算 出所 有 的控 制 量 变化 值 A K ， A K。 ， A K。 ， 得 到最终控制表 。在实 际控制 过 程 中每个 控制 周 期 内， 分别 实 时计 算 速 度 偏 差 与 偏差变化率 ， 然后将它们模糊化得到 e和 e ， 再查控 制表得 出 A K ， A K 和 A K。 ， 代人式 4 得到 P I D的 3个 调整 参数 K ， K 和 K。 。 5 实验分 析 基 于本 文所 设计 的基 于速度 和功 率平 衡 自适应 模 糊 P I D控 制 算 法 的 带 式 输 送 机 控 制 系统 已投 入 实际运行 ， 带式输送机 的速度与电动机 电流曲线如 图 7 所 示 。图中 ， 胶 带 启 动 时 间为 1 8 0 S ， 胶 带稳 定 给定 速 度 为 3 ． 1 5 m／ s ， 胶 带 运 行稳 定 后 ， 运 行 速 度 范 围为 3 ． 1 O ～3 ． 2 0 m／ s ， 控 制误 差小 于 2 ， 每 台电 动机 的运 行 电流范 围为 2 0 ． 5 ～ 2 1 ． 5 A， 控 制误 差 均 小于 2 ． 5 ， 实 现 了 主井 胶 带 运 输 系 统 可 靠 、 安 全 、 节能 运行 。 ； 2 童2 0 3 3 。 5 2 5 5 1 。 O l l Ul 4U I l 0 3 2 0 lI 05 00 l l 0 6 40 l l 08 20 时间 时一 分一 秒 图 7 带式输送机速度与 电动机 电流 曲线 6 结论 1 带 式 输 送 机 启 动 和 停 车 的 速 度 曲线 采 用 S型速 度 图 ， 有 效 防 止 了带 式 输 送 机 在 重 载 启 动 与 停止过程中物料 煤块 下滑或滚动， 解决 了胶带在 启 动和停 车 过程产 生 的动态 张力对 设备 的机 械损 伤 问题 ， 提 高 了设 备 与操作 人 员 的安 全性 。 2 根 据煤 流量 的大 小把 带 式输 送机 的运行 速 度分为 6档 ， 采用模糊 自整定 P I D算法进行速度控 制 ， 速度 控制 误差 小 于 2 。 3 采用主从控制模式 ， 把 1号 电动机 的电流 作为给定 值 ， 采 用 模 糊 自整 定 P I D 控 制 算 法 使 2 号 一4号 电动机 电流跟 随 1 号 电动 机 的电流 ， 控制 误 差小 于 2 ． 5 ， 系统 的控制 精 度 高 ； 使 4台 驱 动 电 动机 的运 行 功 率 基 本 平 衡 或 差 值 控 制 在 允 许 范 围 内， 可有效防止电动机烧毁事故 ， 提高系统运行 的安 全性和可靠性 ， 延长带式输送机的使用寿命 。 应用结果表明， 多机驱动大倾角带式输送机模 糊控制算法实现 了带式输送机的柔性启动与停车及 多电动机之间的功率平衡 ， 可根据负载大小 自动调 整速度， 提高了设备的可靠性 、 安全性以及系统运行 的经济性 。 参考文献 [1 ] 张江波． 国内首 部 3 8 。 大倾角 高强皮带 在平煤 集团天 力公司先锋矿 实践 与应用 [ J ] ． 魅 力 中国 ， 2 0 1 4 1 1 3 83 38 4． z z z z z № 黔 z z z № 阳 飓 № 量己雎 z z z z № № {2№ № № z 飓 № 雎 l2 {2№ № z z № № l2№ № {2 z Ⅲ № l2№ z z {2 z {2{2 № № 附№ z z z №{2黔 №{2 腿№№ 阻№№ № 附 № №z z；2 z z 雎 № z Ⅲz {2№z z阳 z z ‰ ‰ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ 第 4 2卷 第 5 期 2 0 1 6年 5月 工矿 自 动化 I nd us t r y a nd M i ne Au t omat i o n Vo 1 ． 4 2 No ． 5 M a y 2 0 1 6 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 5 0 0 5 1 0 5 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 6 ． 0 5 ． 0 1 2 杨枭 ， 厉彦江 ， 郭单． 矿山电力牵引系统主动热均衡控制方法E J - i ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 5 5 1 5 5 ． 矿山电力牵引系统主动热均衡控制方法 杨枭 ， 厉彦江 ， 郭单 1 ． 北京矿冶研究总院 ， 北京1 0 0 1 6 0 ； 2 ． 东北大学 流程工业综合 自动化国家重点实验室，辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 4 摘要 针对矿山电力牵引系统的发热问题， 提 出一种矿山电力牵引系统主动热均衡控 制方法， 即通过 实 时反馈 系统的温度信号， 完成对电动机 定子电流幅值 、 驱动 系统开关频率等参数的在 线 自调节； 提 出一种基 于温度反馈的 d， q轴电流矢量优化计算方法， 使 系统运行 于全局效率最大的工作特性曲线； 基 于 1 5 k w 永 磁 同步电动机调速 系统实验平 台对矿 山电力牵引 系统主动热均衡控制方法进行 了可行性验证 。实验结果表 明 ， 该 方法 可在保证 矿 山电力 牵 引 系统动 态 、 稳 态性 能 的 同时 ， 降低 系统的热 点峰值 。 关键词 矿山电力牵引系统 ； 主动热均衡控制 ；永磁同步电动机 ；驱动 系统 ； 效率优化 中图分类号 TD 6 3 1 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 6 0 4 2 9 1 1 2 7 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 0 4 2 9 ． 1 1 2 7 ． 0 1 2 ． h t m1 Ac t i v e t h e r ma l ba l a nc e me t ho d o f mi n e e l e c t r i c t r a c t i o n s y s t e m YANG Xi a o ， LI Ya n j i a n g ， GUO Da n 。 1 ． Be i j i n g Ge n e r a l Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n i n g a n d Me t a l l u r g y ，Be i j i n g 1 0 0 1 6 0 ，Ch i n a； 2 ． S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f S y n t h e t i c a l Au t o ma t i o n f o r Pr o c e s s I n d u s t r i e s ，No r t h e a s t e r n Un i v e r s i t y，S h e n y a n g 1 1 0 0 0 4 ，Ch i n a Ab s t r a c t An a c t i v e t h e r ma l b a l a n c e me t h o d o f mi n e e l e c t r i c t r a c t i o n s y