多機驅動帶式輸送機功率平衡模糊控制方法

陳佳巖

摘要：傳統控制多動機功率平衡辦法由于在使用過程中對功率的平衡調節較差、動態平衡能力不高等原因，已經不能適應當前生產需要。多機驅動帶式輸送機有利于保護電機不受運作偏載影響使設備正常運行，筆者通過研究大量文獻發現多機驅動帶式模糊平衡控制辦法能夠有效的彌補其中存在的不足，提高系統在工作中的動態性能，從而優化功率平衡精度。

關鍵詞：多機驅動；帶式輸送機；功率平衡；模糊控制；液力偶合器

前言

目前，我國煤礦開采使用的是大功率帶式輸送機，運用的是多電機驅動辦法，因此在多電機驅動時需要保證電機之間的功率處于平衡水平，從而使各個電機工作時承擔的負荷量可以較為平均分配。工作電機功率不平衡會影響其他電動機，有的電動機會欠載，相應的有些電動機會出現超額負載，從而導致功率過大而燒毀電動機，產生一系列的安全隱患，不利于煤礦作業的安全進行。

1.液力偶合器驅動裝置功率平衡控制原理

在實際生產中，多機驅動帶式輸送至各個電動機的功率與電動機驅動力的比值相同。企業在開采煤礦時也會選擇生產廠家和型號完全一致的產品，在由于生產過程中操作等原因，統一型號的驅動電動機出產后的實際性能存在一定的差異，因此各個驅動滾筒的直徑并不相同。另外，設備安裝、輸送帶伸長率等方面的原因使得驅動電動機的實際功率與液力偶合器驅動裝置并不一致。通過對實際生產應用的數據得知，兩臺相同的液力偶合器驅動裝置在同一轉速時，二者的實際輸出功率會有較大的不同[1]。

液力偶合器驅動裝置的工作原理是，液力偶合器驅動裝置的泵輪和渦輪之間是一種柔性的連接，工作中是靠設備工作腔內的液體傳送力矩，因此力矩的大小與工作腔內的液體有直接關系，通過改變其中的液體含量可以對耦合器的導管開度進行調節，通過對其軟硬度進行調節最終達到平衡功率的效果。在實際的生產中難免不遇到同型號的電動機在相同的轉速下，輸出的轉矩有較大的偏差，通過改變偶合器導管的開度進而影響軟硬度使兩個電動機的功率達到平衡的水平。液力偶合器的泵輪轉矩=泵倫力矩系數×工作液體密度×重力加速度×泵輪轉速×工作腔直徑。

在實際的生產應用中液體偶合器通常設置于驅動電機和工作機之間，其中偶合器的泵輪與渦輪分別與電動機和工作機相連。液體偶合器的泵輪轉矩工作方程為：

TC-MB=JB2πdnB/60dt。其中TC是電動機的轉矩，JB是泵輪的轉動量。

液體偶合器的渦輪轉矩工作方程為：

MT-MZ=JT2πdnT/60dt。其中MT是渦輪轉矩，MZ是負載轉矩，nT是泵輪轉速。

如果忽略軸承摩擦、密閉條件以及的空氣摩擦產生的損失，偶合器的泵輪轉矩等于渦輪轉矩，即：MB= -MT。

2.功率平衡模糊控制方法

我國煤礦企業在開采過程中大多是采用傳統的PID控制器，即比例-積分-微分調節器，在控制器參數設定后工作時將不會改變，工作機負載可以較為均勻的分配于電動機之間，但系統的魯棒性能較差。使用液力偶合器時由于電動機負載的變動會引起轉速的變化，影響功率的平衡。筆者通過大量文獻的研究對液力偶合器的不確定性進行模糊控制平衡方法的研究，設計模糊控制器，運用模糊語言根據工作實際經驗和專業知識進行模糊推理，從而得到PID調節器的各項參數，有效的提高各個電機的動態性能，從而進行精確的調節[2]。

模糊控制器需要控制帶式輸送機帶速以及驅動器功率的平衡。如果兩臺驅動機的功率不平衡，一臺液態偶合器的液體量增加，相應的另一臺液體偶合器的液體量減少，因此將其用于渦輪轉速的輸出量上可以使液體偶合器的導管的動作量趨于平衡。模糊控器處于相同的供電環境，因此其中的供電電壓相同，電動機通過的電流與其輸出的功率有直接的關系。所以，要想調節電動機的功率可以從調節電流入手。本系統中模糊PID輸出量具有偏差E1，偏差的變化率為EC1、驅動電動機的電流偏差為E2，偏差變化率為EC2。對上述變量的模糊語言需要根據液體偶合器的實際運行情況和工作經驗進行確定，模糊集選取5個語言值即：NB、NS、Z、PS、PB。論域為（-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6）。系統的輸入變量和輸出變量是靈敏度較高的三角函數，本次模糊設計的控制語言可以用“If...Then...”的語句來表達，工作人員根據實際的工作經驗以及液體偶合器的實際的工作情況進行相應的控制。當兩個電動機的帶速高于預先設定的值時，需要適當的減少偶合器的液體含量，反之則相應的增加。系統模糊控制器結構中Vr和V表示輸送帶轉速和實際的帶速，△V、E1表示速度和E的偏差，△I是電流的偏差，k1、k2是偶合器開關控制量，△K1、△K2、△K3是PID比例、積分、微積分的數值[3]。

3.結論

綜上所述，平衡功率的常用裝置抓要有變頻調速驅動裝置、液體黏性驅動裝置和液力偶合器驅動裝置，其中變頻調速驅動裝置、液體黏性驅動裝置由于價格的原因并不利于實際生產，液力偶合器驅動裝置在三者中有較高的性價并且有利于我國煤礦生產的實際需要。為了有效的控制電動機的功率平衡，筆者用模糊控制的辦法，為煤礦行業開采提供借鑒。

參考文獻：

[1]湯偉，李含君.基于環形耦合策略的帶式輸送機多機驅動功率平衡的研究[J].陜西科技大學學報（自然科學版），2013，05（25）：130-133.

[2]谷明霞，包繼華，郝妮妮，等.變頻驅動帶式輸送機功率平衡調節理論分析[J].起重運輸機械，2014，10（26）：167-170.

[3]趙永秀，李忠，趙峻嶺，等.煤礦雙滾筒驅動帶式輸送機的電動機功率平衡[J].西安科技大學學報，2012，06（23）：738-743.