采用參數預測及模糊控制的膠帶多機驅動力功率平衡的研究

劉思琦++孫濤

摘 要：煤炭行業的快速發展導致煤礦運輸設備的運量、運距都快速增長，如何確保運輸系統能夠滿足煤礦生產要求是新的技術發展方向。實際工作中，為了降低設備成本，雙機甚至多機驅動的現象較為普遍，不同電機之間工作狀態的差異導致驅動力功率無法達到平衡，影響了電機的正常使用。該文從多機驅動的原理出發，通過模糊控制實現對電機驅動的有效調整，并介紹系統結構組成，實驗結果顯示控制效果良好，能夠有效減少電機功率差異。

關鍵詞：參數預測 模糊控制 煤炭運輸 膠帶驅動力 功率平衡

中圖分類號：TD528.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0050-01

煤礦行業的快速發展使得煤礦生產規模越來越大，對煤礦運輸設備也提出了更高的要求。目前來說，長距離、大運量的膠帶運輸機已經成為煤礦運輸的發展趨勢。隨著運輸量的增大，驅動系統的種類也更加多樣化，由于電機功率較大，膠帶轉動速度較高，目前普遍采用多點驅動的方式以降低成本。在理想狀態下，各個點的功率應該與分配的驅動力成正比例關系，但實際工作中由于各種不可控制因素，比如荷載的不均勻，阻力的變化等常常導致各個點的功率與理論功率存在較大的誤差，各電機之間的功率不平衡，當這種不平衡較為嚴重時，將對電機產生損害，影響輸送機的正常運行。基于這種情況，該文采用參數預測與模糊控制的方式降低不同驅動點之間的功率平衡問題，延長電機的使用壽命。

1 電機驅動功率平衡的基本原理

以最為常見的雙機式驅動系統為例，兩臺電機分別安置在膠帶的端頭部位，電機通過耦合器對膠帶進行驅動，完成整個煤礦運輸過程。其原理是控制器按照從電機處獲得的各項參數，對電機系統進行適當調整，并給出具體的指令改變電機功率，調節耦合器的所處狀態，進而改變電機的膠帶運動速度。

由于控制器輸出的指令需要經過多個設備才能最后到達電機，信號在傳遞過程中不可避免會出現一定程度的損失和延遲現象，隨著電機數量的增多，這種延遲現象將表現得更加明顯。對于雙機系統而言，盡管兩個電機在系統結構上基本一致，但輸出信號的不同導致系統的工作狀態存在較大差異，直接導致了輸出驅動力的不同。

雙機驅動系統工作時的具體數學模型難以實現精確地模擬和計算，為實現雙機功率平衡，建議采用模糊控制得方法較少兩個電機驅動之間的差值，通過不斷迭代對差值進行縮減，達到滿足工作條件的目的。

2 模糊控制的實現

在利用模糊控制的方法對電機驅動進行平衡之前，首先要對系統運行過程中出現的關鍵信號進行模糊化處理，速度在電機運動中是一個關鍵參數，兩個電機之間的速度偏差分別用負、零和正來表示，與速度相對應的電流偏差也用相同的表示方法，輸出信號的模糊處理可以采用正轉、停止和反轉三個狀態表示，對于電機執行器的信號模糊表示也可以按照此種方法進行標示。輸出信號與執行器之間的信號進行組合，可以得到9種不同的組合結果，實際工作中，可以分別用1～9的數字表示每種工作狀態，

3 系統硬件組成

考慮到輸送帶的工作環境和煤礦運輸量的因素，控制核心采用C8051F系統，該系統信號轉換能力較強，系統自身配備電壓校準功能，且能夠根據用戶的需求進行編程處理，擴大系統的使用功能，I/O接口數量最多可達32個，計數器數量能夠滿足各種信號的設備要求。系統兼容能力強，能夠自由地與SPI、SM、UART等串口進行有效的連接，內部有32k的RAM，在使用時也能夠進行擴充。系統的種種特性導致在進行實際控制中，只需對驅動器件進行適當擴展，并調整電路系統滿足井下環境的需求，即可快速實現對電機的控制調節功能。系統選擇雙電機控制，能夠對膠帶的速度進行自由的控制，并且可以自行設置最大電流、最大速度等參數，電流信號從互感器中獲得后，經過信號處理系統進行放大，并對信號濾波處理，傳送到控制中心，根據信號信息對電機進行控制，減少不同電機之間的功率差值，實現驅動力功率的平衡效果。

4 實驗與結果

將以上介紹硬、軟件設計的控制器應用到實際的輸送帶中進行效果檢驗。試驗在兩臺50kW的電機驅動系統上進行，通過加載和減載、以及在重載和空載下，觀察測量顯示電流值和電機開關柜上的電流表，對比筆者原有方法（僅有模糊控制）的實驗結果，電機電流（功率）平衡在5%的范圍內，其平衡響應速度優于原有系統，表明采用參數預測方法對系統性能有所提高。控制器預留多種通信接口，為系統監控提供條件，也為更多驅動電機功率平衡提供方便。

5 結語

輸送機的工作狀態將會對煤礦生產效率產生直接影響，由于煤礦生產規模的逐漸擴大，輸送量也在快速增加，采用單一的電機驅動無法滿足煤炭運輸的功率需求。采用多機驅動時，由于不同電機的工作環境不同，輸出力矩存在較大的差異，導致電機之間有一定的功率平衡問題，會影響到電機的正常使用。利用模糊控制方法能夠對電機功率進行調整，對各個信號進行模糊處理，根據從電機處獲得的電流信號進行控制，減小電極之間的功率不平衡問題，利用控制器進行功率平衡試驗，實驗結果顯示出控制器在平衡電機之間的功率上效果明顯，值得進一步的深入研究。

參考文獻

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