礦用帶式輸送機多級模糊均衡控制的模擬研究

郭甘霖

（西山煤電集團設備租賃分公司， 山西 太原 030053）

引言

煤礦綜采設備中帶式輸送機承擔著主要的運輸任務，近年來經歷了不斷的改進和革新，其主要集中在帶式輸送機的結構和材料以及控制部分的智能化上，在通過對帶式輸送機長時間的運行觀察發現雖然控制系統的設計和響應速度達到了一定的程度，但是在日常的使用過程中，帶式輸送機還是存在著系統不穩定以及皮帶抖動問題。由于帶式輸送機在實際過程中搭設的距離長，跨度和高差也較大，這就給帶式輸送機的驅動系統革新帶來一定的困難。其特殊的工作條件也造成了實際使用過程中存在著耗能嚴重、運輸效率相對較低的問題，尤其是目前主要使用的都是雙機驅動的帶式輸送機，其在運行的過程中會產生雙機的轉速、轉矩不同步，加劇了皮帶的磨損，同時由于在實際使用過程中帶式輸送機運輸時皮帶上的煤量不穩定，也會使雙機在輸出功率時無法平穩地輸出[1]。

1 帶式輸送機驅動分析

帶式輸送機主要是由驅動系統、皮帶、傳動系統、輔助系統和控制系統組成的。驅動系統目前主要使用的是驅動電機，驅動電機帶動傳動系統進而給主動輥筒提供驅動力。由于皮帶和滾筒之間通過摩擦力進行相對運動，輥筒轉動就能夠帶動皮帶在主動滾筒運動的切線方向上進行運動[2]。當前煤礦普遍開始使用的雙機驅動的帶式輸送機在輸送能力方面有了較大的提升。雙機驅動的帶式輸送機主要是在帶式輸送機的機頭和機尾部分設置了兩臺相同額定功率和相同額定電壓的電機進行驅動。雙電機驅動的帶式輸送機的結構圖如圖1 所示，兩端都有著驅動滾筒，驅動滾筒是通過上文提到的兩臺相同的驅動電機進行帶動的，驅動滾筒在實際的使用過程中雖然兩臺電機接收到的電信號是相同的，但是由于帶式輸送機的位置以及所受到的載荷不同會出現驅動不均衡現象。

圖1 雙機雙滾筒驅動模型

2 雙機驅動的多級模糊均衡控制算法描述

大多數帶式輸送機均有不同形式的控制方式，在現有的控制基礎上進行改進，需要對現有的帶式輸送機的控制系統上添加每臺電機的變頻器以及相匹配的執行器，通過對2 臺電機的電流進行檢測并在設定的采樣時間內快速將電流信號傳遞給各自的多級模糊控制器上，當動態組比開始變化時，通過對速度信號及時的反饋，多級模糊控制器就能夠通過對2 組數據進行比較計算，然后通過電流信號將差值進行補償，這樣就解決了電動機在啟動或者運行過程中出現轉速不均衡的情況。帶式輸送機雙驅動電機的多級模糊控制結構如圖2 所示。雙機驅動的帶式輸送采用多級模糊控制算法主要是利用控制過程中的增量信號進行補償操作的。采用多級模糊控制的帶式輸送機在使用時可以達到三種特性，首先是可以降低在當補償值處于0.01～0.1 之間時的帶式輸送機由于差異帶來的細微的抖動。當補償值達到0.1～0.3 甚至0.3～0.6 時帶式輸送機就會由于過于嚴重的抖動而造成煤塊往皮帶外灑落[3]。這幾種現象產生時，采用多級模糊控制的帶式輸送機會對雙電機驅動的參數值進行補償，使帶式輸送機兩電機輸出的轉速和轉矩都相等，從而使帶式輸送機的雙電機達到均衡的狀態。

圖2 雙機驅動的帶式輸送機多級模糊控制結構圖

3 多級模糊控制的帶式輸送機仿真模擬

為了驗證多級模糊控制的雙機驅動的帶式輸送機能夠達到雙機均衡控制的效果以及相比較傳統控制系統有著相對穩定的實際應用效果。利用多級模糊控制和傳統PI 控制進行對比，在仿真模擬時采用的電機是額定功率4 000 kW，額定電壓是6 000 V，額定電流67 A，兩臺電機的其他參數均設置為相同，然后對兩臺電機進行功率平衡優化控制仿真分析[4]。通過仿真能夠得到如圖3 所示的啟動過程中的電機線速度誤差圖，圖3 中e21表示兩臺電機第一臺電機驅動的帶式輸送機啟動誤差，e22表示兩臺電機的第二臺電機驅動的帶式輸送機啟動誤差，es2表示雙機驅動的帶式輸送機的線速度誤差。

圖3 2 臺電機啟動過程的線速度誤差圖

通過對帶式輸送機傳統PI 控制系統和多級模糊控制得到的數據表1 和表2 進行分析，能夠發現多級模糊控制的帶式輸送機與傳統PI 控制相比，在啟動后發現其動態最大線速度誤差從0.39 降低到了0.04，這就可以得到多級模糊控制的最大線速度誤差相比較傳統PI 控制的線速度誤差要小0.35 m/s。

表1 多級模糊控制的雙機啟動過程線速度誤差

表2 PI 控制的雙機啟動過程線速度誤差

4 結論

通過對雙機驅動的帶式輸送機進行結構上的闡述，結合實際使用過程中雙機驅動的帶式輸送機存在著皮帶磨損量較大、經常出現煤塊因皮帶抖動而灑落的情況，提出了引入多級模糊控制對雙機驅動的帶式輸送機進行改造。利用多級模糊控制的控制其增量信號進行補償的特性，對雙機驅動的帶式輸送機進行雙機監測，根據設定信號與雙電機實際輸出信號之間的插值范圍對其進行補償。通過對傳統PI 控制和多級模糊控制下的雙機驅動的帶式輸送機進行雙電機啟動過程功率平衡優化控制仿真，得到多級模糊控制相比較與傳統PI 控制誤差更小。保證了多級模糊控制的雙機驅動的帶式輸送機在實際運行過程中能夠更加高效、穩定，且該控制方法有著很大的適用性，能夠在實際使用時進行推廣。