多机驱动带式输送机功率平衡模糊控制方法

陈佳岩

摘要：传统控制多动机功率平衡办法由于在使用过程中对功率的平衡调节较差、动态平衡能力不高等原因，已经不能适应当前生产需要。多机驱动带式输送机有利于保护电机不受运作偏载影响使设备正常运行，笔者通过研究大量文献发现多机驱动带式模糊平衡控制办法能够有效的弥补其中存在的不足，提高系统在工作中的动态性能，从而优化功率平衡精度。

关键词：多机驱动；带式输送机；功率平衡；模糊控制；液力偶合器

前言

目前，我国煤矿开采使用的是大功率带式输送机，运用的是多电机驱动办法，因此在多电机驱动时需要保证电机之间的功率处于平衡水平，从而使各个电机工作时承担的负荷量可以较为平均分配。工作电机功率不平衡会影响其他电动机，有的电动机会欠载，相应的有些电动机会出现超额负载，从而导致功率过大而烧毁电动机，产生一系列的安全隐患，不利于煤矿作业的安全进行。

1.液力偶合器驱动装置功率平衡控制原理

在实际生产中，多机驱动带式输送至各个电动机的功率与电动机驱动力的比值相同。企业在开采煤矿时也会选择生产厂家和型号完全一致的产品，在由于生产过程中操作等原因，统一型号的驱动电动机出产后的实际性能存在一定的差异，因此各个驱动滚筒的直径并不相同。另外，设备安装、输送带伸长率等方面的原因使得驱动电动机的实际功率与液力偶合器驱动装置并不一致。通过对实际生产应用的数据得知，两台相同的液力偶合器驱动装置在同一转速时，二者的实际输出功率会有较大的不同[1]。

液力偶合器驱动装置的工作原理是，液力偶合器驱动装置的泵轮和涡轮之间是一种柔性的连接，工作中是靠设备工作腔内的液体传送力矩，因此力矩的大小与工作腔内的液体有直接关系，通过改变其中的液体含量可以对耦合器的导管开度进行调节，通过对其软硬度进行调节最终达到平衡功率的效果。在实际的生产中难免不遇到同型号的电动机在相同的转速下，输出的转矩有较大的偏差，通过改变偶合器导管的开度进而影响软硬度使两个电动机的功率达到平衡的水平。液力偶合器的泵轮转矩=泵伦力矩系数×工作液体密度×重力加速度×泵轮转速×工作腔直径。

在实际的生产应用中液体偶合器通常设置于驱动电机和工作机之间，其中偶合器的泵轮与涡轮分别与电动机和工作机相连。液体偶合器的泵轮转矩工作方程为：

TC-MB=JB2πdnB/60dt。其中TC是电动机的转矩，JB是泵轮的转动量。

液体偶合器的涡轮转矩工作方程为：

MT-MZ=JT2πdnT/60dt。其中MT是涡轮转矩，MZ是负载转矩，nT是泵轮转速。

如果忽略轴承摩擦、密闭条件以及的空气摩擦产生的损失，偶合器的泵轮转矩等于涡轮转矩，即：MB= -MT。

2.功率平衡模糊控制方法

我国煤矿企业在开采过程中大多是采用传统的PID控制器，即比例-积分-微分调节器，在控制器参数设定后工作时将不会改变，工作机负载可以较为均匀的分配于电动机之间，但系统的鲁棒性能较差。使用液力偶合器时由于电动机负载的变动会引起转速的变化，影响功率的平衡。笔者通过大量文献的研究对液力偶合器的不确定性进行模糊控制平衡方法的研究，设计模糊控制器，运用模糊语言根据工作实际经验和专业知识进行模糊推理，从而得到PID调节器的各项参数，有效的提高各个电机的动态性能，从而进行精确的调节[2]。

模糊控制器需要控制带式输送机带速以及驱动器功率的平衡。如果两台驱动机的功率不平衡，一台液态偶合器的液体量增加，相应的另一台液体偶合器的液体量减少，因此将其用于涡轮转速的输出量上可以使液体偶合器的导管的动作量趋于平衡。模糊控器处于相同的供电环境，因此其中的供电电压相同，电动机通过的电流与其输出的功率有直接的关系。所以，要想调节电动机的功率可以从调节电流入手。本系统中模糊PID输出量具有偏差E1，偏差的变化率为EC1、驱动电动机的电流偏差为E2，偏差变化率为EC2。对上述变量的模糊语言需要根据液体偶合器的实际运行情况和工作经验进行确定，模糊集选取5个语言值即：NB、NS、Z、PS、PB。论域为（-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6）。系统的输入变量和输出变量是灵敏度较高的三角函数，本次模糊设计的控制语言可以用“If...Then...”的语句来表达，工作人员根据实际的工作经验以及液体偶合器的实际的工作情况进行相应的控制。当两个电动机的带速高于预先设定的值时，需要适当的减少偶合器的液体含量，反之则相应的增加。系统模糊控制器结构中Vr和V表示输送带转速和实际的带速，△V、E1表示速度和E的偏差，△I是电流的偏差，k1、k2是偶合器开关控制量，△K1、△K2、△K3是PID比例、积分、微积分的数值[3]。

3.结论

综上所述，平衡功率的常用装置抓要有变频调速驱动装置、液体黏性驱动装置和液力偶合器驱动装置，其中变频调速驱动装置、液体黏性驱动装置由于价格的原因并不利于实际生产，液力偶合器驱动装置在三者中有较高的性价并且有利于我国煤矿生产的实际需要。为了有效的控制电动机的功率平衡，笔者用模糊控制的办法，为煤矿行业开采提供借鉴。

参考文献：

[1]汤伟，李含君.基于环形耦合策略的带式输送机多机驱动功率平衡的研究[J].陕西科技大学学报（自然科学版），2013，05（25）：130-133.

[2]谷明霞，包继华，郝妮妮，等.变频驱动带式输送机功率平衡调节理论分析[J].起重运输机械，2014，10（26）：167-170.

[3]赵永秀，李忠，赵峻岭，等.煤矿双滚筒驱动带式输送机的电动机功率平衡[J].西安科技大学学报，2012，06（23）：738-743.