礦井液壓提升機的機電液協同平衡和控制策略

摘 要：礦井中使用的提升機包括機械系統、電氣系統和液壓系統三個部分，屬于典型的機電液一體化產品。使用過程中利用液壓馬達帶動其滾筒的轉動，進而實現對設備的提升，在礦井中得到了非常廣泛的應用。文章主要就礦井液壓提升機的機電液協同控制進行了闡述，給出了其具體的控制策略。

關鍵詞：液壓提升機；機電液；控制策略

傳統情況下的液壓提升機采用手動開環方式進行控制，導致其工作過程中出現非常嚴重的問題，如上坡啟動負載瞬時下滑引起的重大安全隱患、二級制動特性差引起的較大振動噪聲、自動化程度不高決定的低運行效率與低平層精度、乘坐舒適性欠佳等。為此，本文以礦井液壓提升機為研究對象，探討其先進的控制策略，實現其控制質量的提升。

1 液壓提升機電液集成系統具體方案

隨著科技的不斷發展，電液集成控制技術的應用越來越多。根據不同的分類方式可以將其劃分成不同的類型，如按照其使用控制閥類型的不同，可以將其分成電液伺服控制、電液比例控制以及電液數字控制。其中采用伺服控制技術的提升機具有控制精度高以及反應速度快的特點，常用于開環控制系統的控制中；電液比例控制則常用于開環控制系統。數字控制技術是近些年來興起的控制技術，雖然具有較高的控制精度，但是其控制系統比較復雜，控制成本較高。對于礦井提升機來說，其能夠投入的成本數量有限，所以綜合對比三種不同類型的控制方式，本文選擇電液伺服控制技術作為礦井提升機控制的主要技術。

電液伺服控制技術采用電氣和液壓兩個模塊共同完成對提升機運輸的控制，為了提高其控制精度，采用了閉環控制方式。按照伺服控制對象的不同，又可以將其分成速度控制、位置控制以及壓力控制三個部分。對于礦井提升機來說，其控制的重點是運輸速度，所以設計過程中將速度作為其控制的重點。

2 液壓提升機電液集成系統硬件

提升機的運動是在硬件部分和軟件部分的共同控制下完成的，其中硬件部分包括了主機、過程通道、接口裝置、外部設備與執行機構等，它們協同完成提升機運行過程中數據信息的采集、傳輸、處理和變換等等。用戶在使用過程中可以根據控制需要，對計算機主板上的擴展槽進行開發。

提升機控制系統在使用過程中需要檢測其運行速度，然后將檢測到的模擬信號轉換成計算機能夠識別的數字信號，并且將其存儲到控制系統的RAM中。同時，還要完成控制程序以及給定指令信號的對比，實現對控制程序的調整，確保控制精度。經過調整后的指令信號再經過A/D轉換、信號放大以及處理等操作，實現對提升機運行速度的調節和控制。

3 液壓提升機電液集成系統軟件

軟件部分是液壓提升機運行的主要程序，按照其軟件中程序的不同，可以將其分成系統軟件和應用軟件，從而實現對硬件設備的驅動和操作。其中系統軟件能夠為控制系統的應用、維護以及管理提供便利；應用軟件則是指具有特定控制功能的部分，對于液壓提升機來說包括了數據采集及處理程序、控制程序、故障報鰲處理程序、數據處理程序、各種輔助程序等。

對于礦井液壓提升機來說，控制程序是其軟件部分設計的重點，在選擇過程中應該根據工程機械的特點，選擇常用的PID控制方法、模糊控制方法以及神經網絡控制方法等實現對其運行過程中速度的精確控制。

4 液壓提升機電液速度伺服控制系統方塊圖

圖1給出了提升機伺服控制系統的方塊圖，由于提升機運行過程中作用在液壓缸活塞上的力較小，基本上可以忽略。通過對該圖的分析，可以知道它跟經典的變量泵控制系統相比增加了轉速傳感器，它能夠實現對液壓馬達轉動速度的實時采集，并且將采集到的信號跟指令信號進行差值運算，反饋到伺服機構的輸入端，降低液壓泵輸入和輸出流量的誤差。

這類系統的位移檢測器多采用電位器或差動變壓器，液壓泵一般為軸向柱塞泵，變量伺服機構的液壓缸、伺服閥和位移檢測器組成一體，然后安裝在液壓泵上。礦井用提升機中使用的液壓馬達屬于定量馬達，其變量伺服部分產生的慣性量較小，導致液壓缸在運行過程中產生的諧振比較高，所以采用積分公式進行處理。對于提升機來說，其動態特性的優劣受變量泵一定量馬達特性的影響較大。

從圖中還可以看出，本次電液控制系統中引入了變量缸位移的局部反饋，實現了對原有變量缸中積分的抵消，導致其采集到的積分信號非常弱，為此必須要對其進行放大處理，即增加比例積分放大器。這樣采集到的積分信號就會串聯在一起，并且實現對原有信號的校正，得到一個簡單的I型控制系統。與原有系統相比，其控制精度得到了有效的提升，靜態誤差趨近于0。本次設計過程中采用了積分放大器，并且在后續環節中還增加了其信號的分析和校正。

5 液壓提升機電液速度伺服系統模糊控制

5.1 模糊控制的基本原理

其中模糊控制器為核心元件，其利用計算機程序實現控制方式的。計算機程序中應用的模糊算法首先選取中斷采樣數據，并將該數據作為精確值與給定值進行對比計算，得出的誤差信號就是模糊控制需要的輸入量。同時模糊數據的過程就是針對誤差的精確量操作的。用模糊語言來表示誤差的模糊量，較多的模糊語言組成一個模糊子集。這些模糊子集和模糊規則在通過推理的合成規則進行模糊決策，得到模糊控制量，有的執行機構利用模糊控制量再次反模糊化得到精確控制量達到精確控制效果。

5.2 模糊控制器的組成

模糊控制器是模糊控制系統的核心部分，也是區別于一般的計算機系統的主要特點。模糊控制系統的性能不僅與自身結構有關，還與系統采用的模糊規則、合成推理算法等均有關，不同的模糊控制系統還應用了不同的模糊決策。模糊控制器包括模糊化接口、模糊推理機和解模糊接口。其中模糊推理機中包含著數據庫和規則庫。

6 結束語

本文應用的提升機控制系統參考電液速度伺服控制，使其控制效果響應特性良好，并具有較好的抗干擾性能，在參數變化時和非線性變化時能夠得出對應值，對隨機干擾進行有效控制。

參考文獻

[1]趙亮.液壓提升機電液比例伺服系統研究[D].中國礦業大學，2011.

作者簡介：康曉光（1984，10-），男，山西省忻州市人，2006年畢業于大同大學綜合機械化采煤技術專業，潞安集團潞寧煤業公司機電科副科長，主要從事煤礦機電管理工作。