淺談滑模變結構在傳統控制系統中的特點

劉娜

【摘要】文章從傳統的繼電器-接觸器控制技術入手，分析了其優缺點，然后對PLC新型控制系統進行了類比，發現PLC系統在礦用提升仿真系統中能很好的彌補了傳統控制技術的弊端，整體上提高了提升系統的安全性和效率。PLC系統由于選型沒有嚴格的標準，元器件自身的缺陷以及沒有穩定的通信功能，使得PLC控制技術沒有得到廣泛的推廣和應用。

【關鍵詞】繼電器-接觸器控制系統 變結構 PLC系統 類比

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）13-0223-01

一、傳統繼電器-接觸器控制系統

我國的煤礦企業絕大多數采用交流電動機作為提升的動力來源，通過繼電器-交流接觸器控制交流電動機作為主要的控制技術，這樣的控制方法還將持續很長的時間。那么傳統的繼電器-交流接觸器控制技術的缺點究竟有哪些？主要歸納為以下幾點：1.占用空間大。由于提升的重量大，要求電器元件的功率大，從而元器件的體積大，一套完整的電控系統需要有熔斷器、斷路器、刀開關等配電電器，還需要有交流接觸器、主令電器、各種繼電器組成的控制電器，這些元器件安裝在一個控制區域內，占用空間大。2.電磁干擾嚴重。交流接觸器、各種繼電器大多是電磁系統，由于大電流流過線圈，產生的磁場密集，當兩個或以上磁場的方向相同，就會產生疊加，從而強磁場出現，這個磁場中的儀表儀器就可能失效，從而影響了整個提升系統的穩定性。3.接觸器、繼電器自身缺陷。接觸器、繼電器、刀開關等都是通過觸點來完成線路的接通和切斷，機械觸點都有機械壽命和電氣壽命，使用的次數較多，觸點燒蝕就嚴重，當操作次數在1/4機械壽命時，可以通過一些簡單的方法進行處理，如果長期重復處理，導致觸點無法使用，只能更換接觸器或繼電器，這樣就影響到生產。4.電氣故障多。對于提升系統而言，機械部分維護保養準時、徹底，機械部分故障較少，出現的故障可以檢查找出，維修相對簡單。而元器件種類多，故障出現的幾率大，主要體現在觸點故障，一旦出現故障，查找是難點，這就需要有豐富工作經驗的電工來排故，提升系統電氣比較復雜，排除故障的時間就長，有可能耽誤生產。終上所述，傳統的繼電器-接觸器控制系統由于故障較多，效率低下，能量損耗嚴重，逐步退出歷史的舞臺。

PLC控制技術作為換代產品出現，經過多年的使用和改進，PLC控制系統成為了工業企業和生產企業的核心控制技術，和傳統的控制系統相比有體積小、功能強大、可靠性高等優點。和繼電器、接觸器的觸點相比，PLC是“軟觸點”，也就是虛擬觸點，一次接線完畢，通過內部觸點的切換來實現電路的接通和關斷。PLC系統由于選型沒有嚴格的標準，元器件自身的缺陷以及沒有穩定的通信功能，使得PLC沒有得到廣泛的推廣和應用。

二、滑模變結構

由于PLC系統是數字系統，也是離散系統，所以選擇適當的采樣周期非常重要，本文選取0.001s。滑模變結構理論在中國的發展將近40年，已經形成了比較完善的理論體系，并且逐步應用到各行各業中。趨近律是變結構控制的典型策略，大多數控制就是直接使用趨近律或把趨近律變形后應用到控制系統中。傳統趨近律分為冪次趨近律、指數趨近律、等速趨近律和一般趨近律[1]，其中四種趨近律都各有優缺點。每一種趨近律的選擇與其微分形式有關，冪次趨近律運用于控制精度不高的控制系統中，由于指數a的取值范圍較小，導致了其有先天的缺陷，不能直接使用。指數趨近律使用較廣，由于微分形式簡單而且便于計算，工程上使用較多。等速趨近律和一般趨近律使用較少，不經過結合或變形直接使用，有可能導致系統不可控或不穩定。

指數趨近律的一般形式為

s=-ksgn（s）-？著s k>0，？著>0 （1）

對（1）求積分，得出：

s=k/？著+ce-？著t c為常數 （2）

（2）中k、？著均為常數，s（t）為滑動模態，即滑模面，系統軌跡在理想狀態下經有限次穿越后停留在滑模面上，由于■■的存在，使得系統軌跡無論怎么穿越都不可能停留在滑模面上，只能停留在滑模面上下兩側的等幅值面上，從而系統能產生一定的抖振[2]。接下來驗證指數趨近律的可達性：

ss=s·（-ksgn（s）-？著s）=-ks·sgn（s）-ks2<0滿足到達條件。

經過推導，系統軌跡到達滑模面的時間為：

t=ln（k/？著2c） （3）

（3）中可以得出，系統軌跡在有限的時間內達到。

綜上所述，指數趨近律滿足可達性和在有限的時間內到達滑模面，符合滑模變結構的控制要求。指數趨近律應用到礦用提升系統的控制中，主要體現在罐籠上升和下降的具體回路中，罐籠的上升和下降是提升系統的核心所在。

三、滑模變結構與傳統繼電器-接觸器結合

傳統繼電器-接觸器控制系統逐漸被PLC控制系統所代替，由于PLC控制系統的特點，將滑模變結構與PLC相結合應用到礦用仿真系統中，將大大改善提升系統的功能，提高系統的安全性。

參考文獻：

[1]劉金琨.滑模變結構控制MATLAB仿真[M].北京：清華大學出版社 ，2005，3：34-56.

[2]高為炳.變結構控制的理論及設計方法[M].北京：科學出版社 ，1996.