采用参数预测及模糊控制的胶带多机驱动力功率平衡的研究

刘思琦++孙涛

摘 要：煤炭行业的快速发展导致煤矿运输设备的运量、运距都快速增长，如何确保运输系统能够满足煤矿生产要求是新的技术发展方向。实际工作中，为了降低设备成本，双机甚至多机驱动的现象较为普遍，不同电机之间工作状态的差异导致驱动力功率无法达到平衡，影响了电机的正常使用。该文从多机驱动的原理出发，通过模糊控制实现对电机驱动的有效调整，并介绍系统结构组成，实验结果显示控制效果良好，能够有效减少电机功率差异。

关键词：参数预测 模糊控制 煤炭运输 胶带驱动力 功率平衡

中图分类号：TD528.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0050-01

煤矿行业的快速发展使得煤矿生产规模越来越大，对煤矿运输设备也提出了更高的要求。目前来说，长距离、大运量的胶带运输机已经成为煤矿运输的发展趋势。随着运输量的增大，驱动系统的种类也更加多样化，由于电机功率较大，胶带转动速度较高，目前普遍采用多点驱动的方式以降低成本。在理想状态下，各个点的功率应该与分配的驱动力成正比例关系，但实际工作中由于各种不可控制因素，比如荷载的不均匀，阻力的变化等常常导致各个点的功率与理论功率存在较大的误差，各电机之间的功率不平衡，当这种不平衡较为严重时，将对电机产生损害，影响输送机的正常运行。基于这种情况，该文采用参数预测与模糊控制的方式降低不同驱动点之间的功率平衡问题，延长电机的使用寿命。

1 电机驱动功率平衡的基本原理

以最为常见的双机式驱动系统为例，两台电机分别安置在胶带的端头部位，电机通过耦合器对胶带进行驱动，完成整个煤矿运输过程。其原理是控制器按照从电机处获得的各项参数，对电机系统进行适当调整，并给出具体的指令改变电机功率，调节耦合器的所处状态，进而改变电机的胶带运动速度。

由于控制器输出的指令需要经过多个设备才能最后到达电机，信号在传递过程中不可避免会出现一定程度的损失和延迟现象，随着电机数量的增多，这种延迟现象将表现得更加明显。对于双机系统而言，尽管两个电机在系统结构上基本一致，但输出信号的不同导致系统的工作状态存在较大差异，直接导致了输出驱动力的不同。

双机驱动系统工作时的具体数学模型难以实现精确地模拟和计算，为实现双机功率平衡，建议采用模糊控制得方法较少两个电机驱动之间的差值，通过不断迭代对差值进行缩减，达到满足工作条件的目的。

2 模糊控制的实现

在利用模糊控制的方法对电机驱动进行平衡之前，首先要对系统运行过程中出现的关键信号进行模糊化处理，速度在电机运动中是一个关键参数，两个电机之间的速度偏差分别用负、零和正来表示，与速度相对应的电流偏差也用相同的表示方法，输出信号的模糊处理可以采用正转、停止和反转三个状态表示，对于电机执行器的信号模糊表示也可以按照此种方法进行标示。输出信号与执行器之间的信号进行组合，可以得到9种不同的组合结果，实际工作中，可以分别用1～9的数字表示每种工作状态，

3 系统硬件组成

考虑到输送带的工作环境和煤矿运输量的因素，控制核心采用C8051F系统，该系统信号转换能力较强，系统自身配备电压校准功能，且能够根据用户的需求进行编程处理，扩大系统的使用功能，I/O接口数量最多可达32个，计数器数量能够满足各种信号的设备要求。系统兼容能力强，能够自由地与SPI、SM、UART等串口进行有效的连接，内部有32k的RAM，在使用时也能够进行扩充。系统的种种特性导致在进行实际控制中，只需对驱动器件进行适当扩展，并调整电路系统满足井下环境的需求，即可快速实现对电机的控制调节功能。系统选择双电机控制，能够对胶带的速度进行自由的控制，并且可以自行设置最大电流、最大速度等参数，电流信号从互感器中获得后，经过信号处理系统进行放大，并对信号滤波处理，传送到控制中心，根据信号信息对电机进行控制，减少不同电机之间的功率差值，实现驱动力功率的平衡效果。

4 实验与结果

将以上介绍硬、软件设计的控制器应用到实际的输送带中进行效果检验。试验在两台50kW的电机驱动系统上进行，通过加载和减载、以及在重载和空载下，观察测量显示电流值和电机开关柜上的电流表，对比笔者原有方法（仅有模糊控制）的实验结果，电机电流（功率）平衡在5%的范围内，其平衡响应速度优于原有系统，表明采用参数预测方法对系统性能有所提高。控制器预留多种通信接口，为系统监控提供条件，也为更多驱动电机功率平衡提供方便。

5 结语

输送机的工作状态将会对煤矿生产效率产生直接影响，由于煤矿生产规模的逐渐扩大，输送量也在快速增加，采用单一的电机驱动无法满足煤炭运输的功率需求。采用多机驱动时，由于不同电机的工作环境不同，输出力矩存在较大的差异，导致电机之间有一定的功率平衡问题，会影响到电机的正常使用。利用模糊控制方法能够对电机功率进行调整，对各个信号进行模糊处理，根据从电机处获得的电流信号进行控制，减小电极之间的功率不平衡问题，利用控制器进行功率平衡试验，实验结果显示出控制器在平衡电机之间的功率上效果明显，值得进一步的深入研究。

参考文献

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[2] 刘群坡，王满利，王成硕.基于双PLC的带式输送机多机功率平衡模糊控制器研究[J].煤矿机械，2010（5）：144-146.

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