淺談滑模變結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的特點(diǎn)

劉娜

【摘要】文章從傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)入手，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，然后對PLC新型控制系統(tǒng)進(jìn)行了類比，發(fā)現(xiàn)PLC系統(tǒng)在礦用提升仿真系統(tǒng)中能很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)控制技術(shù)的弊端，整體上提高了提升系統(tǒng)的安全性和效率。PLC系統(tǒng)由于選型沒有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，元器件自身的缺陷以及沒有穩(wěn)定的通信功能，使得PLC控制技術(shù)沒有得到廣泛的推廣和應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】繼電器-接觸器控制系統(tǒng) 變結(jié)構(gòu) PLC系統(tǒng) 類比

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

一、傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)

我國的煤礦企業(yè)絕大多數(shù)采用交流電動機(jī)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(jī)作為主要的控制技術(shù)，這樣的控制方法還將持續(xù)很長的時(shí)間。那么傳統(tǒng)的繼電器-交流接觸器控制技術(shù)的缺點(diǎn)究竟有哪些？主要?dú)w納為以下幾點(diǎn)：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(tǒng)需要有熔斷器、斷路器、刀開關(guān)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(gè)控制區(qū)域內(nèi)，占用空間大。2.電磁干擾嚴(yán)重。交流接觸器、各種繼電器大多是電磁系統(tǒng)，由于大電流流過線圈，產(chǎn)生的磁場密集，當(dāng)兩個(gè)或以上磁場的方向相同，就會產(chǎn)生疊加，從而強(qiáng)磁場出現(xiàn)，這個(gè)磁場中的儀表儀器就可能失效，從而影響了整個(gè)提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.接觸器、繼電器自身缺陷。接觸器、繼電器、刀開關(guān)等都是通過觸點(diǎn)來完成線路的接通和切斷，機(jī)械觸點(diǎn)都有機(jī)械壽命和電氣壽命，使用的次數(shù)較多，觸點(diǎn)燒蝕就嚴(yán)重，當(dāng)操作次數(shù)在1/4機(jī)械壽命時(shí)，可以通過一些簡單的方法進(jìn)行處理，如果長期重復(fù)處理，導(dǎo)致觸點(diǎn)無法使用，只能更換接觸器或繼電器，這樣就影響到生產(chǎn)。4.電氣故障多。對于提升系統(tǒng)而言，機(jī)械部分維護(hù)保養(yǎng)準(zhǔn)時(shí)、徹底，機(jī)械部分故障較少，出現(xiàn)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(xiàn)的幾率大，主要體現(xiàn)在觸點(diǎn)故障，一旦出現(xiàn)故障，查找是難點(diǎn)，這就需要有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的電工來排故，提升系統(tǒng)電氣比較復(fù)雜，排除故障的時(shí)間就長，有可能耽誤生產(chǎn)。終上所述，傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)由于故障較多，效率低下，能量損耗嚴(yán)重，逐步退出歷史的舞臺。

PLC控制技術(shù)作為換代產(chǎn)品出現(xiàn)，經(jīng)過多年的使用和改進(jìn)，PLC控制系統(tǒng)成為了工業(yè)企業(yè)和生產(chǎn)企業(yè)的核心控制技術(shù)，和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比有體積小、功能強(qiáng)大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。和繼電器、接觸器的觸點(diǎn)相比，PLC是“軟觸點(diǎn)”，也就是虛擬觸點(diǎn)，一次接線完畢，通過內(nèi)部觸點(diǎn)的切換來實(shí)現(xiàn)電路的接通和關(guān)斷。PLC系統(tǒng)由于選型沒有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，元器件自身的缺陷以及沒有穩(wěn)定的通信功能，使得PLC沒有得到廣泛的推廣和應(yīng)用。

二、滑模變結(jié)構(gòu)

由于PLC系統(tǒng)是數(shù)字系統(tǒng)，也是離散系統(tǒng)，所以選擇適當(dāng)?shù)牟蓸又芷诜浅Ｖ匾疚倪x取0.001s。滑模變結(jié)構(gòu)理論在中國的發(fā)展將近40年，已經(jīng)形成了比較完善的理論體系，并且逐步應(yīng)用到各行各業(yè)中。趨近律是變結(jié)構(gòu)控制的典型策略，大多數(shù)控制就是直接使用趨近律或把趨近律變形后應(yīng)用到控制系統(tǒng)中。傳統(tǒng)趨近律分為冪次趨近律、指數(shù)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(yōu)缺點(diǎn)。每一種趨近律的選擇與其微分形式有關(guān)，冪次趨近律運(yùn)用于控制精度不高的控制系統(tǒng)中，由于指數(shù)a的取值范圍較小，導(dǎo)致了其有先天的缺陷，不能直接使用。指數(shù)趨近律使用較廣，由于微分形式簡單而且便于計(jì)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(jīng)過結(jié)合或變形直接使用，有可能導(dǎo)致系統(tǒng)不可控或不穩(wěn)定。

指數(shù)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(shù) （2）

（2）中k、？著均為常數(shù)，s（t）為滑動模態(tài)，即滑模面，系統(tǒng)軌跡在理想狀態(tài)下經(jīng)有限次穿越后停留在滑模面上，由于■■的存在，使得系統(tǒng)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(cè)的等幅值面上，從而系統(tǒng)能產(chǎn)生一定的抖振[2]。接下來驗(yàn)證指數(shù)趨近律的可達(dá)性：

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

經(jīng)過推導(dǎo)，系統(tǒng)軌跡到達(dá)滑模面的時(shí)間為：

t=ln（k/？著2c） （3）

（3）中可以得出，系統(tǒng)軌跡在有限的時(shí)間內(nèi)達(dá)到。

綜上所述，指數(shù)趨近律滿足可達(dá)性和在有限的時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面，符合滑模變結(jié)構(gòu)的控制要求。指數(shù)趨近律應(yīng)用到礦用提升系統(tǒng)的控制中，主要體現(xiàn)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(tǒng)的核心所在。

三、滑模變結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)繼電器-接觸器結(jié)合

傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)逐漸被PLC控制系統(tǒng)所代替，由于PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，將滑模變結(jié)構(gòu)與PLC相結(jié)合應(yīng)用到礦用仿真系統(tǒng)中，將大大改善提升系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉金琨.滑模變結(jié)構(gòu)控制MATLAB仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社 ，2005，3：34-56.

[2]高為炳.變結(jié)構(gòu)控制的理論及設(shè)計(jì)方法[M].北京：科學(xué)出版社 ，1996.