多機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)功率平衡模糊控制方法

陳佳巖

摘要：傳統(tǒng)控制多動(dòng)機(jī)功率平衡辦法由于在使用過(guò)程中對(duì)功率的平衡調(diào)節(jié)較差、動(dòng)態(tài)平衡能力不高等原因，已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)需要。多機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)有利于保護(hù)電機(jī)不受運(yùn)作偏載影響使設(shè)備正常運(yùn)行，筆者通過(guò)研究大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)多機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式模糊平衡控制辦法能夠有效的彌補(bǔ)其中存在的不足，提高系統(tǒng)在工作中的動(dòng)態(tài)性能，從而優(yōu)化功率平衡精度。

關(guān)鍵詞：多機(jī)驅(qū)動(dòng)；帶式輸送機(jī)；功率平衡；模糊控制；液力偶合器

前言

目前，我國(guó)煤礦開采使用的是大功率帶式輸送機(jī)，運(yùn)用的是多電機(jī)驅(qū)動(dòng)辦法，因此在多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)需要保證電機(jī)之間的功率處于平衡水平，從而使各個(gè)電機(jī)工作時(shí)承擔(dān)的負(fù)荷量可以較為平均分配。工作電機(jī)功率不平衡會(huì)影響其他電動(dòng)機(jī)，有的電動(dòng)機(jī)會(huì)欠載，相應(yīng)的有些電動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)超額負(fù)載，從而導(dǎo)致功率過(guò)大而燒毀電動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生一系列的安全隱患，不利于煤礦作業(yè)的安全進(jìn)行。

1.液力偶合器驅(qū)動(dòng)裝置功率平衡控制原理

在實(shí)際生產(chǎn)中，多機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送至各個(gè)電動(dòng)機(jī)的功率與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力的比值相同。企業(yè)在開采煤礦時(shí)也會(huì)選擇生產(chǎn)廠家和型號(hào)完全一致的產(chǎn)品，在由于生產(chǎn)過(guò)程中操作等原因，統(tǒng)一型號(hào)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)出產(chǎn)后的實(shí)際性能存在一定的差異，因此各個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒的直徑并不相同。另外，設(shè)備安裝、輸送帶伸長(zhǎng)率等方面的原因使得驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率與液力偶合器驅(qū)動(dòng)裝置并不一致。通過(guò)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的數(shù)據(jù)得知，兩臺(tái)相同的液力偶合器驅(qū)動(dòng)裝置在同一轉(zhuǎn)速時(shí)，二者的實(shí)際輸出功率會(huì)有較大的不同[1]。

液力偶合器驅(qū)動(dòng)裝置的工作原理是，液力偶合器驅(qū)動(dòng)裝置的泵輪和渦輪之間是一種柔性的連接，工作中是靠設(shè)備工作腔內(nèi)的液體傳送力矩，因此力矩的大小與工作腔內(nèi)的液體有直接關(guān)系，通過(guò)改變其中的液體含量可以對(duì)耦合器的導(dǎo)管開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)對(duì)其軟硬度進(jìn)行調(diào)節(jié)最終達(dá)到平衡功率的效果。在實(shí)際的生產(chǎn)中難免不遇到同型號(hào)的電動(dòng)機(jī)在相同的轉(zhuǎn)速下，輸出的轉(zhuǎn)矩有較大的偏差，通過(guò)改變偶合器導(dǎo)管的開度進(jìn)而影響軟硬度使兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的功率達(dá)到平衡的水平。液力偶合器的泵輪轉(zhuǎn)矩=泵倫力矩系數(shù)×工作液體密度×重力加速度×泵輪轉(zhuǎn)速×工作腔直徑。

在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中液體偶合器通常設(shè)置于驅(qū)動(dòng)電機(jī)和工作機(jī)之間，其中偶合器的泵輪與渦輪分別與電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)相連。液體偶合器的泵輪轉(zhuǎn)矩工作方程為：

TC-MB=JB2πdnB/60dt。其中TC是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，JB是泵輪的轉(zhuǎn)動(dòng)量。

液體偶合器的渦輪轉(zhuǎn)矩工作方程為：

MT-MZ=JT2πdnT/60dt。其中MT是渦輪轉(zhuǎn)矩，MZ是負(fù)載轉(zhuǎn)矩，nT是泵輪轉(zhuǎn)速。

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

2.功率平衡模糊控制方法

我國(guó)煤礦企業(yè)在開采過(guò)程中大多是采用傳統(tǒng)的PID控制器，即比例-積分-微分調(diào)節(jié)器，在控制器參數(shù)設(shè)定后工作時(shí)將不會(huì)改變，工作機(jī)負(fù)載可以較為均勻的分配于電動(dòng)機(jī)之間，但系統(tǒng)的魯棒性能較差。使用液力偶合器時(shí)由于電動(dòng)機(jī)負(fù)載的變動(dòng)會(huì)引起轉(zhuǎn)速的變化，影響功率的平衡。筆者通過(guò)大量文獻(xiàn)的研究對(duì)液力偶合器的不確定性進(jìn)行模糊控制平衡方法的研究，設(shè)計(jì)模糊控制器，運(yùn)用模糊語(yǔ)言根據(jù)工作實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行模糊推理，從而得到PID調(diào)節(jié)器的各項(xiàng)參數(shù)，有效的提高各個(gè)電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，從而進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)[2]。

模糊控制器需要控制帶式輸送機(jī)帶速以及驅(qū)動(dòng)器功率的平衡。如果兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率不平衡，一臺(tái)液態(tài)偶合器的液體量增加，相應(yīng)的另一臺(tái)液體偶合器的液體量減少，因此將其用于渦輪轉(zhuǎn)速的輸出量上可以使液體偶合器的導(dǎo)管的動(dòng)作量趨于平衡。模糊控器處于相同的供電環(huán)境，因此其中的供電電壓相同，電動(dòng)機(jī)通過(guò)的電流與其輸出的功率有直接的關(guān)系。所以，要想調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的功率可以從調(diào)節(jié)電流入手。本系統(tǒng)中模糊PID輸出量具有偏差E1，偏差的變化率為EC1、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流偏差為E2，偏差變化率為EC2。對(duì)上述變量的模糊語(yǔ)言需要根據(jù)液體偶合器的實(shí)際運(yùn)行情況和工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，模糊集選取5個(gè)語(yǔ)言值即：NB、NS、Z、PS、PB。論域?yàn)椋?6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6）。系統(tǒng)的輸入變量和輸出變量是靈敏度較高的三角函數(shù)，本次模糊設(shè)計(jì)的控制語(yǔ)言可以用“If...Then...”的語(yǔ)句來(lái)表達(dá)，工作人員根據(jù)實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)以及液體偶合器的實(shí)際的工作情況進(jìn)行相應(yīng)的控制。當(dāng)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的帶速高于預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，需要適當(dāng)?shù)臏p少偶合器的液體含量，反之則相應(yīng)的增加。系統(tǒng)模糊控制器結(jié)構(gòu)中Vr和V表示輸送帶轉(zhuǎn)速和實(shí)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(guān)控制量，△K1、△K2、△K3是PID比例、積分、微積分的數(shù)值[3]。

3.結(jié)論

綜上所述，平衡功率的常用裝置抓要有變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置、液體黏性驅(qū)動(dòng)裝置和液力偶合器驅(qū)動(dòng)裝置，其中變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置、液體黏性驅(qū)動(dòng)裝置由于價(jià)格的原因并不利于實(shí)際生產(chǎn)，液力偶合器驅(qū)動(dòng)裝置在三者中有較高的性價(jià)并且有利于我國(guó)煤礦生產(chǎn)的實(shí)際需要。為了有效的控制電動(dòng)機(jī)的功率平衡，筆者用模糊控制的辦法，為煤礦行業(yè)開采提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯偉，李含君.基于環(huán)形耦合策略的帶式輸送機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡的研究[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，05（25）：130-133.

[2]谷明霞，包繼華，郝妮妮，等.變頻驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)功率平衡調(diào)節(jié)理論分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2014，10（26）：167-170.

[3]趙永秀，李忠，趙峻嶺，等.煤礦雙滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率平衡[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，06（23）：738-743.