煤矿工程机械控制中机电一体化的运用研究

周 峰

（山西焦煤霍州煤电汾河焦煤公司三交河煤矿， 山西 霍州 031400）

引言

近几年，我国煤矿工程项目呈现出逐步完善的发展态势，多数矿井内部的工业监控系统已经开始设置相关组态软件，能在提升整体使用效率的基础上，维护管控效果和运行质量。然而，在设备运行过程中，由于设备本身具有一定的复杂性，使得矿井结构的工作系统组态软件需要实现全面升级，为煤矿工程机械控制中机电一体化的应用奠定坚实基础[1]。

1 煤矿工程机械控制中机电一体化应用系统

1.1 机械电液比例闭环控制系统

该系统主要由电子结构、液压系统、机械化放大系统组成。兼备电气技术以及电子技术，能按照比例控制机械控制项目的液流方向，尤其是采煤机。系统基本组成见图1。系统中，PID控制器是主要的运算工具，能对给定值进行比例分析，并能有效分辨不稳定性和自适应性。本文介绍的煤矿机械控制设备采煤机，其之所以能实现一体化，主要是借助电液比例闭环控制系统，并且建构采煤机滚筒和液压缸控制单元。对调高系统进行分析，利用公式ΔH=L1[sin（φ1+φ）-sinφ1]，为了求解滚筒调高参数，需对摇臂长度L、初始夹角φ1和转动角度φ进行分析。并且，要结合液压缸力平衡方程Fz=P1A1-P2A2建立更加有效的干扰力分析模型，从而确保采煤机滚筒正常运行。除此之外，在对电液位置进行判定时，煤矿工程机械控制中机电一体化结构能结合公式kv=klkfksv/Ap等对系统开环增益有明确的判定，从根本上维护支护设备运行效率和实际经济价值。

除此之外，对电液比例系统的特性进行系统化仿真，主要是发挥矩阵运算和图形可视化的优势，能对其进行动态响应分析和静态特性分析，从而合理性选择仿真数学模型，确保控制系统运行效果最优化。将结构以及控制参数调整在规定的范围内，从而集中修正。一方面，在系统动态化响应分析系统中，结合闭环传递函数对图形和单位阶跃响应展开分析，系统中相关稳定裕量要在规定的范围内，相位裕量约为91.5°、剪切频率约为75 rad/s等，从而对控制系统输出无差别输入结构进行分析，整合低频段要求就能对相关函数的幅值予以处理，保证校正环节能发挥其本质优势，从根本上维护信号的处理水平和整体效果。另一方面，要对系统的静态特性进行分析对误差予以判定，结合静态误差，就能对液压缸的运行速率展开多元化分析，避免整机运行不畅，从而提高安全性。只有从根本上维护系统一阶时效性，才能为后续信号传递和跟踪提供保障，确保系统能按照标准化流程有序运行。

图1 比例闭环控制系统原理图

1.2 机械液压控制系统

在液压控制系统中，液压伺服控制系统、液压比例控制系统等能对压力以及流量等参数进行集中分析和管理，结合不同控制元件，形成有效的机械控制体系，维护一体化项目的实效性。一方面，伺服阀结构，滞环为0.1%～0.5%、中位死区为0、宽频为100～500 Hz、过滤精度为 13/9～18/14，主要被应用在煤矿工程机械控制的闭环系统中。另一方面，比例阀结构，主要是带电反馈比例阀，滞环为0.3%～1%、中位死区为±5%～20%、宽频为10～70 Hz、过滤精度为16/13～18/14，主要应用在煤矿工程机械控制的开环系统、闭环速度控制系统中。值得一提的是，在对比例方向流量阀进行统筹分析后，能绘制稳态特性图形，见图2。

图2 比例方向流量阀稳态特性

2 煤矿工程机械控制中机电一体化的系统设计

为了进一步提高煤矿工程机械控制项目中机电一体化的运行效率，要对不同机械进行系统升级校正处理，本文对采煤机滚筒自适应调高系统进行处理，主要针对的就是校正处理机制。

首先，要对PID校正原理进行分析，PID是机电一体化项目中的基本控制器，动态化方程为对比例单元、积分单元以及微分单元进行组合处理。PID调节校对原理示意图见图3。

其次，要对调节流程进行分析，在进入调节机制后，要结合系统给定值对采样值进行偏差计算，有效控制系统运行效率，维护煤矿工程采煤机机械一体化效率，确保在不改变控制量的基础上，有效维护运行过程的稳定性。

图3 PID调节校对原理示意图

最后，在设备运行过程中，借助调节系统对额定电流、电控功率等参数进行判定，结合，保证整体工作的可靠性，从而有效建构数模混合系统。不仅要对积分时间常数、微分时间常数、比例系数等进行判定，也要对系统空载和带载联调效果予以分析，完善周期内指令的分析水平。正是由于积分环节的核算，能减少一体化机械设备运行误差，完善系统跟踪效果。

3 结语

煤矿工程机械控制中机电一体化具有一定的研究价值，相关部门要结合实际需求建立健全完整且有效的管控措施，维护管理标准和管理需求，在提高工作效率的基础上，保证成本管控效果的最优化，实现煤矿工程机械控制中机电一体化项目的可持续发展目标。