一種礦井提升機懸?？刂蒲b置及懸停控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種礦井提升機懸?？刂蒲b置及懸?？刂品椒?，其特征在于，所述控制裝置包括上位機、懸?？刂葡到y(tǒng)模塊、逆變器及提升機所述上位機通過懸?？刂葡到y(tǒng)模塊控制逆變器，進而實現(xiàn)對提升機的懸?？刂?，所述提升機的懸?？刂菩畔⒎答伒綉彝？刂葡到y(tǒng)模塊。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點如下，該技術(shù)方案有效地解決了礦井提升機遛坡距離大、穩(wěn)定性差的問題，同時對于有速度傳感器的提升系統(tǒng)，還大大降低了在零速條件下觀測精度給系統(tǒng)帶來的負面影響，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、收斂速度更快，具備較好的速度控制及轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性能。
【專利說明】一種礦井提升機懸停控制裝置及懸?？刂品椒?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種懸停控制裝置，具體地說是一種礦井提升機懸停控制裝置及懸?？刂品椒?，屬于電力拖動控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦的安全生產(chǎn)過程中，礦井提升機主要承擔(dān)著提升煤炭、提升與下放設(shè)備及礦井工人運輸?shù)热蝿?wù)，為此，不僅需要對提升機的轉(zhuǎn)速進行精確控制，還需要對提升機進行懸?？刂?。通常，礦井提升機靜止的時候多通過外圍機械抱閘設(shè)備使其靜止不動，以方便物品及人員的進出提升罐籠，當(dāng)提升機準備運行時，首先要對機械抱閘設(shè)備進行松閘，此時為了保證配重及提升貨物或者人員的重量平衡，電機驅(qū)動設(shè)備需要采取有效的懸?？刂品椒ㄑ杆俣椒€(wěn)的提供與負載力矩相反的初始轉(zhuǎn)矩，從而避免遛坡現(xiàn)象。不僅如此，在某些特殊情況下，礦井提升機控制裝置還需要具備在外圍機械抱閘設(shè)備不抱閘的前提下實現(xiàn)短時乃至長時間懸停提升物的能力。可見，對礦井提升機懸?？刂蒲b置及方法的研究是非常有必要的，并且具有工業(yè)應(yīng)用實際意義。
[0003]傳統(tǒng)的針對礦井提升機的懸?？刂品椒ǘ嗖捎弥绷麟娏髯⑷敕?，其改進的方法為PI調(diào)節(jié)器控制法。前者通過直流電建立的靜止磁場來保持電機懸停，但該方法無負載擾動自矯正功能，同時耐沖擊能力較差。對于PI調(diào)節(jié)器控制法，在礦井提升機的運行轉(zhuǎn)速接近零速、輸出電磁轉(zhuǎn)矩不連續(xù)的情況下，PI調(diào)節(jié)器中的比例調(diào)節(jié)環(huán)P已不起作用，此時，僅僅是PI調(diào)節(jié)器中的積分調(diào)節(jié)環(huán)I在發(fā)揮作用；進一步，由于數(shù)字控制系統(tǒng)中PI調(diào)節(jié)器表現(xiàn)為離線的形式，PI調(diào)節(jié)器輸出力矩的最大步長間隔必須滿足小于最大靜摩擦力的2倍的條件，為此需要選取較小的積分系數(shù)，否則無法在全局條件下滿足提升機懸停穩(wěn)定的要求，然而，為了盡可能的減小遛坡距離，需要增加PI調(diào)節(jié)器的積分系數(shù)，因此，采用PI調(diào)節(jié)器作為懸停控制方法的實現(xiàn)形式在控制參數(shù)選擇上存在矛盾，其結(jié)果是礦井提升機在某一位置附近抖動，是無法有效解決礦井提升機懸?？刂茊栴}的。因此，迫切的需要一種新的技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種礦井提升機懸停控制裝置及懸?？刂品椒?，該裝置有效地解決礦井提升機遛坡距離大、穩(wěn)定性差的問題，同時對于有速度傳感器的提升系統(tǒng)，還大大降低了在零速條件下觀測精度給系統(tǒng)帶來的負面影響，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、收斂速度更快，具備較好的速度控制及轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性能。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下，一種礦井提升機懸?？刂蒲b置，其特征在于，所述控制裝置包括上位機、懸停控制系統(tǒng)模塊、逆變器及提升機，所述上位機通過懸?？刂葡到y(tǒng)模塊控制逆變器，進而實現(xiàn)對提升機的懸?？刂?，所述提升機的懸?？刂菩畔⒎答伒綉彝？刂葡到y(tǒng)模塊。
[0006]作為本發(fā)明的一種改進，所述懸?？刂葡到y(tǒng)模塊懸?？刂葡到y(tǒng)模塊由速度給定環(huán)節(jié)、速度測量及反饋環(huán)節(jié)、懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)、電機控制環(huán)節(jié)、空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)、脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊組成，所述的速度給定環(huán)節(jié)和速度測量及反饋環(huán)節(jié)分別與懸停控制器環(huán)節(jié)相連，電機控制環(huán)節(jié)分別與懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)及空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)相連，脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)與空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)相連，數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊分別與懸停控制器環(huán)節(jié)、電機控制環(huán)節(jié)和上位機相連。所述懸停控制器環(huán)節(jié)通過采集速度給定環(huán)節(jié)輸出的速度給定信號ωμ和速度測量及反饋環(huán)節(jié)輸出的提升機的實際轉(zhuǎn)速ωΓ,經(jīng)懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)輸出控制提升機所需的電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量Iref至電機控制環(huán)節(jié)，經(jīng)矢量解耦控制或直接轉(zhuǎn)矩控制算法輸出空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)所需的調(diào)制矢量，空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)輸出的觸發(fā)脈沖信號經(jīng)脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)對逆變器進行控制，數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊采集懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)及電機控制環(huán)節(jié)的必要的控制信息量與上位機進行交互。
[0007]作為本發(fā)明的一種改進，所述懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)包括速度比較及處理環(huán)節(jié)和非線性懸停控制器，所述速度比較環(huán)節(jié)與非線性懸?？刂破飨噙B，速度給定環(huán)節(jié)和速度測量及反饋環(huán)節(jié)分別輸出速度給定信號和提升機實際轉(zhuǎn)速ωρ經(jīng)速度比較及處理環(huán)節(jié)輸出與轉(zhuǎn)速相關(guān)的信息量至非線性懸?？刂破鳎蔷€性懸?？刂破鬏敵鲭姶呸D(zhuǎn)矩給定信息量TMf。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進，所述空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)的輸入為兩相靜止α β坐標(biāo)系下的電壓矢量?、化，基于空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)策略，輸出觸發(fā)逆變器所需的脈沖電信號。鑒于脈沖電信號的抗干擾能力較差，將脈沖電信號經(jīng)脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)進行信號轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換成光信號，對逆變器進行控制，同時采集逆變器的觸發(fā)脈沖反饋信號。
[0009]作為本發(fā)明的一種改進，所述脈沖信號光電I禹合環(huán)節(jié)由光纖收發(fā)器、外圍驅(qū)動芯片、電阻R1、電容Cp C2組成，所述光纖收發(fā)器設(shè)置為Τ-1522Ζ、R-2522Z，所述外圍驅(qū)動芯片設(shè)置為DS75451，所述外圍驅(qū)動芯片DS75451的管腳4接地，管腳6連接電源V。。，管腳7輸入脈沖電信號，管腳5與光纖收發(fā)器Τ-1522Ζ的管腳I相連，電阻Rl兩端分別與外圍驅(qū)動芯片DS75451的管腳5和管腳6連接，電容C1的兩端分別與外圍驅(qū)動芯片DS75451的管腳6及地連接，光纖收發(fā)器Τ-1522Ζ的管腳2接地，光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳2接地，光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳3接電源Vra，電容C2兩端分別與光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳2、管腳3相連，光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳I與管腳4短接作為輸出端，輸出脈沖電信號。
[0010]作為本發(fā)明的一種改進，所述數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊通過數(shù)字信號處理器及可編程邏輯控制器對采集的數(shù)據(jù)進行處理，并通過ProfibusXAN總線等形式實現(xiàn)與上位機I的信息交互。
[0011]一種礦井提升機懸?？刂蒲b置的懸?？刂品椒ǎ涮卣髟谟?，所述具體實施步驟為:
1)、速度給定環(huán)節(jié)輸出速度給定信號為ωref=Orpm,速度測量及反饋環(huán)節(jié)采集提升機的實際轉(zhuǎn)速ω P并將速度給定信號ω 及實際轉(zhuǎn)速發(fā)送給速度比較及處理環(huán)節(jié)；
2)、速度比較及處理環(huán)節(jié)對速度給定信號及實際轉(zhuǎn)速進行信號處理后輸出實際轉(zhuǎn)速及其幅值1、速度偏差量Λ 及幅值I Λ ω J，其具體實施步驟為:
21)、速度給定信號ωΜ?及實際轉(zhuǎn)速《r構(gòu)成閉環(huán)，實現(xiàn)對提升機的速度閉環(huán)控制；
22)、速度給定信號ωΜ?減去實際轉(zhuǎn)速得到速度偏差量Λω，進而求取其幅值I Δ ω I，具體可按式Δ ω ^ ω - ωΓ計算； 3)、非線性懸?？刂破?32采集速度比較及處理環(huán)節(jié)231輸出的實際轉(zhuǎn)速及其幅值I ω」、速度偏差量Λ 及幅值I Λ ω丄輸出電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量TMf供給電機控制環(huán)節(jié)24，所述步驟3具體實施步驟為:
31)、非線性懸?？刂破鞑杉俣缺容^及處理環(huán)節(jié)輸出的實際轉(zhuǎn)速及其幅值Iω」，對提升機進行初始轉(zhuǎn)矩觀測，輸出初始轉(zhuǎn)矩TMfl，設(shè)定初始轉(zhuǎn)矩增益系數(shù)為η，觀測的初始轉(zhuǎn)矩Trefl具體可由表達式‘ =-Jipi, |fflr實現(xiàn)；
32)、非線性懸?？刂破鞑杉俣缺容^及處理環(huán)節(jié)輸出的速度偏差量Λ及其幅值Δ ω」，對提升機進行初始轉(zhuǎn)矩擾動量估測，輸出初始轉(zhuǎn)矩擾動量TMf2，設(shè)定初始轉(zhuǎn)矩擾動量增益系數(shù)為λ，估測的初始轉(zhuǎn)矩擾動量Tref2具體可由表達式?;PI)2Λ實現(xiàn)；
33)、非線性懸停控制器綜合初始轉(zhuǎn)矩TMfl及初始轉(zhuǎn)矩擾動量TMf2，輸出電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量Iref供給電機控制環(huán)節(jié)；具體可通過式
= t^Y + T^7 二-j 10r Ι?+ j (I^Wr I)2 也實現(xiàn)。
[0012]4)、將電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量TMf傳輸至電機控制環(huán)節(jié)，經(jīng)矢量解耦控制或直接轉(zhuǎn)矩控制算法輸出空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)所需的電壓矢量(電壓矢量及磁鏈矢量)，空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)25輸出的觸發(fā)脈沖信號經(jīng)脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)26對逆變器3進行控制，進而實現(xiàn)對提升機4的懸?？刂?。
[0013]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點如下，該技術(shù)方案有效地解決了礦井提升機遛坡距離大、穩(wěn)定性差的問題，同時對于有速度傳感器的提升系統(tǒng)，還大大降低了在零速條件下觀測精度給系統(tǒng)帶來的負面影響，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、收斂速度更快，具備較好的速度控制及轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的原理框圖；
圖2是本發(fā)明的懸?？刂品椒驁D；
圖3是本發(fā)明的懸?？刂破髟韴D；
圖4是本發(fā)明的脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)原理圖；
圖5是本發(fā)明的一種【具體實施方式】的仿真結(jié)果波；
圖5(a)是本發(fā)明的速度給定環(huán)節(jié)輸出速度給定波形；
圖5(b)是本發(fā)明的懸停狀態(tài)下突加負載轉(zhuǎn)矩波形；
圖5(c)是本發(fā)明的懸停狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)波形；
圖5(d)是本發(fā)明的懸停狀態(tài)下提升機電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)波形。
[0015]圖中:1、上位機，2、懸?？刂葡到y(tǒng)模塊，3、逆變器，4、提升機，21、速度給定環(huán)節(jié)，
22、速度測量及反饋環(huán)節(jié)，23、懸停控制器環(huán)節(jié)，24、電機控制環(huán)節(jié)，25、空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)，26、脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)，27、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊，231、速度比較及處理環(huán)節(jié)，232、非線性懸?？刂破?。
[0016]

【具體實施方式】
[0017]為了加深對本發(fā)明的理解和認識，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述和介紹。
[0018]實施例1:如圖1所示，一種礦井提升機懸?？刂蒲b置，所述控制裝置包括上位機
1、懸停控制系統(tǒng)模塊2、逆變器3及提升機4，所述控制裝置包括上位機1，所述上位機I通過懸?？刂葡到y(tǒng)模塊2控制逆變器3，進而實現(xiàn)對提升機4的懸?？刂?，所述提升機的懸?？刂菩畔⒎答伒綉彝？刂葡到y(tǒng)模塊2，參見圖2，所述懸?？刂葡到y(tǒng)模塊懸?？刂葡到y(tǒng)模塊2由速度給定環(huán)節(jié)21、速度測量及反饋環(huán)節(jié)22、懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)23、電機控制環(huán)節(jié)24、空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)25、脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)26和數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊27組成，所述的速度給定環(huán)節(jié)21和速度測量及反饋環(huán)節(jié)22分別與懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)23相連，電機控制環(huán)節(jié)24分別與懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)23及空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)25相連，脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)26與空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)25相連，數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊27分別與懸停控制器環(huán)節(jié)23、電機控制環(huán)節(jié)24和上位機I相連。所述懸停控制器環(huán)節(jié)23通過采集速度給定環(huán)節(jié)21輸出的速度給定信號ω 和速度測量及反饋環(huán)節(jié)輸出的提升機4的實際轉(zhuǎn)速ωρ經(jīng)懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)23輸出控制提升機4所需的電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量Iref至電機控制環(huán)節(jié)24，經(jīng)矢量解耦控制或直接轉(zhuǎn)矩控制算法輸出空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)25所需的調(diào)制矢量，空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)25輸出的觸發(fā)脈沖信號經(jīng)脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)26對逆變器3進行控制，數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊27采集懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)23及電機控制環(huán)節(jié)24的必要的控制信息量與上位機I進行交互。
[0019]參見圖3，作為本發(fā)明的一種改進，所述懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)23包括速度比較及處理環(huán)節(jié)231和非線性懸停控制器232，所述速度比較環(huán)節(jié)231與非線性懸停控制器232相連，速度給定環(huán)節(jié)21和速度測量及反饋環(huán)節(jié)22分別輸出速度給定信號和提升機實際轉(zhuǎn)速ω P經(jīng)速度比較及處理環(huán)節(jié)231輸出與轉(zhuǎn)速相關(guān)的信息量至非線性懸?？刂破?32，非線性懸?？刂破?32輸出電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量TMf。所述空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)25的輸入為兩相靜止α β坐標(biāo)系下的電壓矢量?、…，基于空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)策略，輸出觸發(fā)逆變器3所需的脈沖電信號。鑒于脈沖電信號的抗干擾能力較差，將脈沖電信號經(jīng)脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)26進行信號轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換成光信號，對逆變器3進行控制，同時采集逆變器3的觸發(fā)脈沖反饋信號。所述脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)26由光纖收發(fā)器、外圍驅(qū)動芯片、電阻R1、電容Cp C2組成，所述光纖收發(fā)器設(shè)置為Τ-1522Ζ、R-2522Z，所述外圍驅(qū)動芯片設(shè)置為DS75451，所述外圍驅(qū)動芯片DS75451的管腳4接地，管腳6連接電源Vrc，管腳7輸入脈沖電信號，管腳5與光纖收發(fā)器Τ-1522Ζ的管腳I相連，電阻Rl兩端分別與外圍驅(qū)動芯片DS75451的管腳5和管腳6連接，電容C1的兩端分別與外圍驅(qū)動芯片DS75451的管腳6及地連接，光纖收發(fā)器Τ-1522Ζ的管腳2接地，光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳2接地，光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳3接電源Vra，電容C2兩端分別與光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳2、管腳3相連，光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳I與管腳4短接作為輸出端，輸出脈沖電信號。所述數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊27通過數(shù)字信號處理器及可編程邏輯控制器對采集的數(shù)據(jù)進行處理，并通過Profibus、CAN總線等形式實現(xiàn)與上位機I的信息交互。
[0020]實施例2:參見圖1一圖3，一種礦井提升機懸停控制裝置的懸?？刂品椒?，所述具體實施步驟為: 1)、速度給定環(huán)節(jié)21輸出速度給定信號為Oref=Orpm,速度測量及反饋環(huán)節(jié)22采集提升機4的實際轉(zhuǎn)速ω P并將速度給定信號ω %及實際轉(zhuǎn)速發(fā)送給速度比較及處理環(huán)節(jié)231 ；
2)、速度比較及處理環(huán)節(jié)231對速度給定信號及實際轉(zhuǎn)速進行信號處理后輸出實際轉(zhuǎn)速及其幅值I ω」、速度偏差量Λ 及幅值I Λ ω J，其具體實施步驟為:
21)、速度給定信號ωΜ?及實際轉(zhuǎn)速《r構(gòu)成閉環(huán)，實現(xiàn)對提升機(4)的速度閉環(huán)控制；
22)、速度給定信號ωΜ?減去實際轉(zhuǎn)速得到速度偏差量Λω，進而求取其幅值I Δ ω I，具體可按式Δ ω ^ ω - ωΓ計算；
3)、非線性懸?？刂破?32采集速度比較及處理環(huán)節(jié)231輸出的實際轉(zhuǎn)速及其幅值I ω」、速度偏差量Λ 及幅值I Λ ω丄輸出電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量TMf供給電機控制環(huán)節(jié)24，所述步驟3具體實施步驟為:
31)、非線性懸?？刂破?32采集速度比較及處理環(huán)節(jié)231輸出的實際轉(zhuǎn)速及其幅值I ω」，對提升機4進行初始轉(zhuǎn)矩觀測，輸出初始轉(zhuǎn)矩Trefl，設(shè)定初始轉(zhuǎn)矩增益系數(shù)為η，
觀測的初始轉(zhuǎn)矩TMfl具體可由表達式‘ =-|?Ρ?,Κ|^實現(xiàn)；
32)、非線性懸?？刂破?32采集速度比較及處理環(huán)節(jié)231輸出的速度偏差量Δ 及其幅值I Λ ω丄對提升機4進行初始轉(zhuǎn)矩擾動量估測，輸出初始轉(zhuǎn)矩擾動量Tref2,設(shè)定初始轉(zhuǎn)矩擾動量增益系數(shù)為λ，估測的初始轉(zhuǎn)矩擾動量TMf2具體可由表達式
實現(xiàn)；
33)、非線性懸?？刂破?32綜合初始轉(zhuǎn)矩TMfl及初始轉(zhuǎn)矩擾動量Tref2,輸出電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量Iref供給電機控制環(huán)節(jié)24 ;具體可通過式
= T^y + 二-j \ω7 |? + II)2 也實現(xiàn)。
[0021]4)、將電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量TMf傳輸至電機控制環(huán)節(jié)24，經(jīng)矢量解耦控制或直接轉(zhuǎn)矩控制算法輸出空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)25所需的電壓矢量或者電壓矢量及磁鏈矢量，空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)25輸出的觸發(fā)脈沖信號經(jīng)脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)26對逆變器3進行控制，進而實現(xiàn)對提升機4的懸?？刂?。
[0022]本發(fā)明一種礦井提升機懸?？刂蒲b置及方法的具體仿真實施例中，仿真波形如圖5所示，提升機4為采用交流電勵磁同步電機實現(xiàn)電力拖動的設(shè)備，電機控制環(huán)節(jié)24采用電流雙閉環(huán)矢量解耦控制算法，仿真時間為Is。其工作過程為:懸停狀態(tài)下，速度給定環(huán)節(jié)21輸出速度給定信號為ωΜ?=0ΓΡπι，如圖5(a)所示，通過仿真模擬提升機懸停狀態(tài)，同時在仿真t=0.5s時突加位勢性負載T=-200N.m來模擬提升機懸停狀態(tài)下啟動，如圖5 (b)所示。速度測量及反饋環(huán)節(jié)22采集提升機4的實際轉(zhuǎn)速ω P懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)23通過采集速度給定環(huán)節(jié)21輸出的速度給定信號ω 和速度測量及反饋環(huán)節(jié)22輸出的提升機的實際轉(zhuǎn)速經(jīng)懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)23輸出控制提升機所需的電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量Iref至電機控制環(huán)節(jié)24，經(jīng)電流雙閉環(huán)矢量解耦控制算法輸出空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)25所需的空間電壓矢量^及~，空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)25輸出的觸發(fā)脈沖信號經(jīng)脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)26對逆變器3進行控制，進而實現(xiàn)對提升機4的懸?？刂?；圖5(c)是本發(fā)明的懸停狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)波形，圖5(d)是本發(fā)明的懸停狀態(tài)下提升機電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)波形，采用本發(fā)明所述的方法，懸停狀態(tài)下，提升機轉(zhuǎn)速經(jīng)過瞬間波動，轉(zhuǎn)速波動小于3rpm，同時電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間小于8ms，轉(zhuǎn)速及電磁轉(zhuǎn)矩可以迅速跟隨給定量，并且穩(wěn)態(tài)條件下，電磁轉(zhuǎn)矩保持為-200Nm，與突加位勢性負載相同，提升機轉(zhuǎn)速保持在零速狀態(tài)下，可見提升機轉(zhuǎn)速及電磁轉(zhuǎn)矩動態(tài)性能及穩(wěn)態(tài)性能較好，系統(tǒng)更加穩(wěn)定、收斂速度更快，具備較好的速度控制及轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性能。
[0023]需要說明的是上述實施例，并非用來限定本發(fā)明的保護范圍，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上所作出的等同變換或替代均落入本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種礦井提升機懸停控制裝置，其特征在于，所述控制裝置包括上位機(I)、懸?？刂葡到y(tǒng)模塊(2 )、逆變器(3 )及提升機(4 )，所述上位機(I)通過懸停控制系統(tǒng)模塊(2 )控制逆變器(3)，進而實現(xiàn)對提升機(4)的懸?？刂疲鎏嵘龣C(4)的懸?？刂菩畔⒎答伒綉彝？刂葡到y(tǒng)模塊(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的礦井提升機懸?？刂蒲b置，其特征在于，所述懸?？刂葡到y(tǒng)模塊(2)由速度給定環(huán)節(jié)(21)、速度測量及反饋環(huán)節(jié)(22)、懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)(23)、電機控制環(huán)節(jié)(24)、空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)(25)、脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)(26)和數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊(27)組成，所述的速度給定環(huán)節(jié)(21)和速度測量及反饋環(huán)節(jié)(22)分別與懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)(23)相連，電機控制環(huán)節(jié)(24)分別與懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)(23)及空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)(25)相連，脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)(26)與空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)(25)相連，數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊(27)分別與懸停控制器環(huán)節(jié)(23)、電機控制環(huán)節(jié)(24)和上位機(I)相連。
3.如權(quán)利要求2所述的礦井提升機懸停控制裝置，其特征在于，所述懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)(23 )包括速度比較及處理環(huán)節(jié)(231)和非線性懸?？刂破?232 )，所述速度比較環(huán)節(jié)(231)與非線性懸停控制器(232 )相連，速度給定環(huán)節(jié)(21)和速度測量及反饋環(huán)節(jié)(22 )分別輸出速度給定信號和提升機實際轉(zhuǎn)速ωρ經(jīng)速度比較及處理環(huán)節(jié)(231)輸出與轉(zhuǎn)速相關(guān)的信息量至非線性懸?？刂破?232)，非線性懸停控制器(232)輸出電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量TI ref 0
4.如權(quán)利要求2所述的礦井提升機懸?？刂蒲b置，其特征在于，所述空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)(25)的輸入為兩相靜止α β坐標(biāo)系下的電壓矢量?、…，基于空間矢量脈寬調(diào)制即SVPWM策略，輸出觸發(fā)逆變器(3)所需的脈沖電信號。
5.如權(quán)利要求2所述的礦井提升機懸停控制裝置，其特征在于，所述脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)(26)由光纖收發(fā)器、外圍驅(qū)動芯片、電阻R1、電容C1X2組成，所述光纖收發(fā)器設(shè)置為T-1522Z、R-2522Z，所述外圍驅(qū)動芯片設(shè)置為DS75451，所述外圍驅(qū)動芯片DS75451的管腳4接地，管腳6連接電源V。。，管腳7輸入脈沖電信號，管腳5與光纖收發(fā)器T-1522Z的管腳I相連，電阻Rl兩端分別與外圍驅(qū)動芯片DS75451的管腳5和管腳6連接，電容C1的兩端分別與外圍驅(qū)動芯片DS75451的管腳6及地連接，光纖收發(fā)器T-1522Z的管腳2接地，光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳2接地，光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳3接電源Vra，電容C2兩端分別與光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳2、管腳3相連，光纖收發(fā)器R-2522Z的管腳I與管腳4短接作為輸出端，輸出脈沖電信號。
6.如權(quán)利要求2所述的礦井提升機懸停控制裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交互模塊(27)通過數(shù)字信號處理器及可編程邏輯控制器對采集的數(shù)據(jù)進行處理，并通過Profibus> CAN總線等形式實現(xiàn)與上位機I的信息交互。
7.采用權(quán)利要求1-6所述懸?？刂蒲b置的懸?？刂品椒ǎ涮卣髟谟?，所述具體實施步驟為: .1)、速度給定環(huán)節(jié)(21)輸出速度給定信號為oMf=0rpm，速度測量及反饋環(huán)節(jié)(22)采集提升機(4)的實際轉(zhuǎn)速并將速度給定信號及實際轉(zhuǎn)速發(fā)送給速度比較及處理環(huán)節(jié)(231)；.2)、速度比較及處理環(huán)節(jié)(231)對速度給定信號及實際轉(zhuǎn)速進行信號處理后輸出實際轉(zhuǎn)速及其幅值I ω J、速度偏差量Λ 及幅值I Λ ω J，其具體實施步驟為: .21)、速度給定信號ωΜ?及實際轉(zhuǎn)速《r構(gòu)成閉環(huán)，實現(xiàn)對提升機(4)的速度閉環(huán)控制； .22)、速度給定信號ωΜ?減去實際轉(zhuǎn)速得到速度偏差量Λω，進而求取其幅值I Δ ω I，具體可按式Δ ω ^ ω - ωΓ計算； .3)、非線性懸停控制器(232)采集速度比較及處理環(huán)節(jié)(231)輸出的實際轉(zhuǎn)速及其幅值I ω」、速度偏差量Λ 及幅值I Λ ω丄輸出電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量TMf供給電機控制環(huán)節(jié)(24)， .4)、將電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量TMf傳輸至電機控制環(huán)節(jié)(24)，經(jīng)矢量解耦控制或直接轉(zhuǎn)矩控制算法輸出空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)(25)所需的電壓矢量或者電壓矢量及磁鏈矢量，空間矢量脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)(25)輸出的觸發(fā)脈沖信號經(jīng)脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)(26)對逆變器(3)進行控制，進而實現(xiàn)對提升機(4)的懸?？刂?。
8.采用權(quán)利要求7所述懸停控制裝置的懸?？刂品椒?，其特征在于，所述步驟3具體實施步驟為: .31 )、非線性懸停控制器(232)采集速度比較及處理環(huán)節(jié)(231)輸出的實際轉(zhuǎn)速ω r及其幅值I ω r I，對提升機(4)進行初始轉(zhuǎn)矩觀測，輸出初始轉(zhuǎn)矩TMfl，設(shè)定初始轉(zhuǎn)矩增益系數(shù)為n，觀測的初始轉(zhuǎn)矩Irefl具體可由表達式I於實現(xiàn)； .32)、非線性懸?？刂破?232)采集速度比較及處理環(huán)節(jié)(231)輸出的速度偏差量Δ 及其幅值I Λ ω丄對提升機(4)進行初始轉(zhuǎn)矩擾動量估測，輸出初始轉(zhuǎn)矩擾動量Tref2,設(shè)定初始轉(zhuǎn)矩擾動量增益系數(shù)為λ，估測的初始轉(zhuǎn)矩擾動量TMf2具體可由表達式
實現(xiàn)； 33)、非線性懸?？刂破?232)綜合初始轉(zhuǎn)矩TMfl及初始轉(zhuǎn)矩擾動量TMf2，輸出電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量Iref供給電機控制環(huán)節(jié)(24);具體可通過式^ = Ttnfl + Tltf2 = j ηω, —, |?+| ?Αω, J2 dt 實現(xiàn)。
【文檔編號】B66B1/30GK104129691SQ201410194610
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】譚國俊, 吳軒欽, 李 浩, 劉毅 申請人:徐州中礦大傳動與自動化有限公司