一種礦井提升機懸?？刂蒲b置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及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、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?，所述提升機的懸停控制信息反饋到懸?？刂葡到y(tǒng)模塊。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的優(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?？刂蒲b置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種懸?？刂蒲b置，具體地說是一種礦井提升機懸?？刂蒲b置， 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?迅速而平穩(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?？梢?，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停控制方法多采用直流電流注入法，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?？刂品椒ǖ膶崿F(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。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型正是針對現(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ǎ撗b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，本實用新型采用的技術(shù)方案如下，一種礦井提升機懸?？刂?裝置，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?？刂疲鎏嵘龣C的懸 ?？刂菩畔⒎答伒綉彝？刂葡到y(tǒng)模塊。
[0006] 作為本實用新型的一種改進，所述懸?？刂葡到y(tǒng)模塊懸停控制系統(tǒng)模塊由速度給 定環(huán)節(jié)、速度測量及反饋環(huán)節(jié)、懸停控制器環(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?？刂破鳝h(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?？刂破鳝h(huán)節(jié)、電機控制環(huán)節(jié)和上位機相連。所述懸?？刂破鳝h(huán)節(jié)通過 采集速度給定環(huán)節(jié)輸出的速度給定信號ω 和速度測量及反饋環(huán)節(jié)輸出的提升機的實際 轉(zhuǎn)速ω ρ經(jīng)懸停控制器環(huán)節(jié)輸出控制提升機所需的電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量TMf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] 作為本實用新型的一種改進，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ω Μ?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?，非線性懸?？刂破鬏敵鲭姶呸D(zhuǎn)矩給定信息量 Tref。
[0008] 作為本實用新型的一種改進，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] 作為本實用新型的一種改進，所述脈沖信號光電耦合環(huán)節(jié)由光纖收發(fā)器、外圍驅(qū) 動芯片、電阻&、電容Q、C2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1相連，電阻R1兩端分別與外圍驅(qū) 動芯片DS75451的管腳5和管腳6連接，電容Q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V ra，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1與管腳4短接作為輸出端，輸出脈沖電信號。 [0010] 作為本實用新型的一種改進，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Profibus、CAN總線等形式實現(xiàn)與上位 機1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：
[0012] 1)、速度給定環(huán)節(jié)輸出速度給定信號為《raf=〇rpm，速度測量及反饋環(huán)節(jié)采集提升 機的實際轉(zhuǎn)速ωρ并將速度給定信號ω Μ?及實際轉(zhuǎn)速發(fā)送給速度比較及處理環(huán)節(jié)；
[0013] 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I ω」、速度偏差量Λ 及幅值I Λ ω」，其具體實施步驟為：
[0014] 21)、速度給定信號及實際轉(zhuǎn)速構(gòu)成閉環(huán)，實現(xiàn)對提升機的速度閉環(huán)控 制；
[0015] 22)、速度給定信號ωΜ?減去實際轉(zhuǎn)速得到速度偏差量Λ ω，進而求取其幅值 | Δ ω |，具體可按式Δ ω ^ ω Mf- ω r計算；
[0016] 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| 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：
[0017] 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 ω」，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TMfl具體可由表達式

【權(quán)利要求】
1. 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（1 )、懸停控 制系統(tǒng)模塊（2 )、逆變器（3 )及提升機（4 )，所述上位機（1)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（4)的懸停控制信息反饋到懸 ?？刂葡到y(tǒng)模塊（2)，所述懸停控制系統(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)、懸停控制器環(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)分別與懸停 控制器環(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?？刂破鳝h(huán)節(jié)（23)、 電機控制環(huán)節(jié)（24)和上位機（1)相連。
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?？刂破鳎?32 )，所述速度比較環(huán)節(jié)（231) 與非線性懸?？刂破鳎?32 )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?？刂破鳎?32)，非線性懸停控制器（232)輸出電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量 Tref。
3. 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。
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&、電容組成，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1 相連，電阻R1兩端分別與外圍驅(qū)動芯片DS75451的管腳5和管腳6連接，電容Q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V ra，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1與管腳4短接作 為輸出端，輸出脈沖電信號。
5. 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或CAN總線形式實現(xiàn)與上位機（1)的信息交互。
【文檔編號】B66B1/30GK204057532SQ201420236432
【公開日】2014年12月31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