CN110844739A - 一种矿井提升机载荷辨识方法、装置及载荷预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿井提升机载荷辨识方法、装置及危险载荷预警方法，所述载荷辨识方法如下：控制提升机悬停运行，采集悬停控制器输出的电磁转矩；利用悬停控制器输出的电磁转矩信息，建立提升机系统动力学方程，根据提升机系统动力学方程计算出提升容器内载荷重量；该方案实现了对提升机电机输出转矩、钢丝绳张力差的精确辨识。

Description

一种矿井提升机载荷辨识方法、装置及载荷预警方法

技术领域

本发明涉及一种预警装置，具体涉及一种提升机载荷辨识及危险载荷预警装置，属于矿井提升机控制技术领域。

背景技术

矿井是地下矿山的咽喉，而矿井提升系统是矿山安全生产的重要组成部分。矿井提升机是矿井井下和地面的联系桥梁，其主要是采用钢丝绳带动容器/罐笼等在井筒中升降，以完成输送物料或人员的任务，是矿山生产至关重要的大型设备，矿井提升机能否安全可靠的运行，将直接影响到煤矿生产人员的生命安全和煤矿的生产能力。

一直以来，提升机作业中的安全事故时有发生，具有代表性的是过卷、坠罐、蹲罐、滑动、卡罐、松绳、断绳等故障。通过对事故的分析发现这些故障与提升作业中的危险载荷存在着密切的联系。以箕斗过装载为例：卸煤不彻底、二次装载都会引起箕斗实际装载量超限，从而使系统变位质量增大、惯性增强，制动阶段原有制动力矩则相对不足，容易引发过卷故障；对于摩擦提升还增大了卷筒两侧静、动张力差，增大发生危险滑动的可能。

为了确保矿井提升运行的可靠、安全，需要对提升机载荷进行监测，避免因危险载荷引发的提升机安全事故。目前矿井提升机对提升机载荷的控制主要有电机电流法，串接载重传感器法，油压转换法等。电机电流法就是在提升过程中监测提升机电流，根据电流与提升载荷的关系进行相关换算得到提升载荷的大小；串接荷重传感器方法通常是在钢丝绳和容器的连接处串接一个荷重传感器；油压转换法针对装设张力平衡装置的多绳提升机，通过在平衡油缸的每根连接管上安装油压变送器检测平衡油缸的压力，进而计算出载荷的大小。

上述载荷存在以下缺点，电机电流法仅将载荷与电流之间的大小关系做比较，未能从理论上推导出载荷与电流之间的数学关系，且受电机电流波动影响，该方法一般只在加速度段或者匀速段进行判断，导致故障判断存在严重滞后性。串接载重传感器法对传感器的强度要求较高，故传感器灵敏度较低。油压转换法系统设计上缺少对活塞杆位置的监测，活塞杆位置到达极限时，不仅不能正确反映载荷，也为张力不平衡埋下了隐患。

因此，迫切的需要一种新的技术方案来解决提升机的载荷识别。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，本发明设计了基于零速悬停控制策略的提升机载荷辨识方案，实现了对提升机电机输出转矩、钢丝绳张力差的精确辨识。

另外，为实现对危险载荷的预警及故障保护，本发明在提升载荷辨识的基础上，根据提升工况的要求和提升安全性能要求，又设计了危险载荷判断机制和预警输出机制。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种矿井提升机载荷辨识方法，其特征在于，所述载荷辨识方法如下：

控制提升机悬停运行，采集悬停控制器输出的电磁转矩；利用悬停控制器输出的电磁转矩信息，建立提升机系统动力学方程，根据提升机系统动力学方程计算出提升容器内载荷重量。

作为本发明的一种改进，所述悬停控制器输出的电磁转矩为：

T_e＝T_ref1+T_ref2＝-∫ηω_r|ω_r|dt+∫λΔω_r|Δω_r|²dt。

作为本发明的一种改进，所述提升机系统动力学方程为通过提升机系统动力学模型获得的提升机系统力平衡方程。

作为本发明的一种改进，所述提升机系统力平衡方程为：

F_e＝F_d+F_j。

作为本发明的一种改进，所述提升系统动力学方程在

单绳缠绕式无尾绳提升系统中具体公式为：

F_e＝kmg+m_pg(H-2L)+∑ma

在多绳摩擦式提升系统中具体公式为：

F_e＝kmg+(n₁m_pg-n₂m_qg)(H-2L)+∑ma

提升机系统总变位质量∑m，提升载荷质量m，提升钢丝绳每米质量m_p，尾绳钢丝绳每米质量m_q，提升钢丝绳和尾绳数目n₁，n₂，提升或者下方深度L，井深H，提升机运行时矿井阻力系数k。

一种矿井提升机载荷辨识方法，其特征在于，该方法还包括将所述提升容器内载荷重量信息传输至PLC控制器，由PLC控制器传输至数据处理与数据交互系统，数据处理与数据交互系统传输至人机系统进行显示。

一种矿井提升机载荷辨识装置，其特征在于，包括悬停控制器、载荷识别单元；所述悬停控制器用于输出电磁转矩信息，所述所述载荷识别单元用于计算出提升容器内载荷重量；所述悬停控制器输入端输入提升机速度给定信号及实际转速，输出端输出电磁转矩信息至载荷识别单元；所述载荷识别单元输入端输入提升机实际转速、提升机系统的参数信息及悬停控制器输出的电磁转矩信息，输出端输出提升容器内载荷重量。

作为本发明的一种改进，还包括PLC控制器，所述PLC控制器用于输出提升机系统参数信息，接收载荷识别单元输出的提升容器内载荷重量，由PLC控制器传输至数据处理与数据交互系统，数据处理与数据交互系统传输至人机系统进行显示。

作为本发明的一种改进，所述悬停控制器输出的电磁转矩为：

T_e＝T_ref1+T_ref2＝-∫ηω_r|ω_r|dt+∫λΔω_r|Δω_r|²dt。

作为本发明的一种改进，提升机系统参数信息包括提升机系统总变位质量∑m，提升载荷质量m，提升钢丝绳每米质量m_p，尾绳钢丝绳每米质量m_q，提升钢丝绳和尾绳数目n₁，n₂，提升或者下方深度L，井深H，提升机运行时矿井阻力系数k。

作为本发明的一种改进，所述载荷识别单元计算提升容器内载荷重量，具体计算步骤如下：

A、建立提升机系统动力学模型

T_e＝T_d+T_j

式中，T_e是由电动机产生的拖动力矩，T_d是提升系统惯性力矩，T_j是提升系统静阻力矩。

则提升系统力平衡方程为：

F_e＝F_d+F_j

式中，F_e是由电动机产生的拖动力，F_d是提升系统惯性力，F_j是提升系统静阻力；

B、考虑提升系统变位质量，建立单绳缠绕式无尾绳提升系统及多绳摩擦式提升系统动力学方程，

单绳缠绕式无尾绳提升系统动力学方程

F_e＝kmg+m_pg(H-2L)+∑ma

多绳摩擦式提升系统动力学方程

F_e＝kmg+(n₁m_pg-n₂m_qg)(H-2L)+∑ma

C、根据提升系统参数H，n₁，n₂，m_p，m_q,∑m和变量检测值L,a，计算提升容器内载荷重量，单绳缠绕式无尾绳提升系统

多绳摩擦式提升系统

其中电机拖动力

r为提升机卷筒半径。当零速悬停控制器控制电机转速ω_r＝0时，上式中k＝1,a＝0；

D、检测提升机速度检测环节反馈值ω_r，当ω_r＝0时提取此时提升载荷质量，相应的计算公式如下：

单绳缠绕式无尾绳提升系统

多绳摩擦式提升系统

一种矿井提升机载荷预警方法，获取悬停阶段提升容器内载荷重量提升载荷；获取定量装载系统装载量信息；根据提升载荷信息、定量装载系统预设装载量、正反向运行信息，判断是否超载、是否卸载不完全、是否正常载荷提升。

作为本发明的一种改进，所述悬停阶段提升容器内载荷重量提升载荷通过权利要求7-11所述的提升机载荷辨识装置获得。

作为本发明的一种改进，所述判断是否超载、是否卸载不完全、是否正常载荷提升，具体判断依据如下：

定义方向标志为Direction_flag，正反向提升方向信号FB_flag,当正向提升时FB_flag＝1，反向提升时FB_flag＝-1，方向标志与正反向提升信号、转矩电流存在如下关系：

Direction_flag＝sign(FB_flag*T_e)

量称重系统返回值m_DL，定量称重系统正常值m_DLN，通常m_DLN＝m_N，定义方向标志为Direction_flag，正反向提升方向信号FB_flag。

作为本发明的一种改进，，该方法还包括，当发出危险载荷预警信号后，提升机控制系统闭锁下一次装载，同时提醒调度安排相关人员对提升容器进行检查。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，

1)本发明设计了基于零速悬停控制策略的提升机载荷辨识方案，由于对零速性能控制的优越性，实现了对提升机电机输出转矩的更加精确辨识。在提升机敞闸阶段即可完成载荷的辨识，载荷辨识结果具有收敛速度快，辨识精度高，灵敏度较高等特点。

2)为实现对危险载荷的预警及故障保护，本发明在提升载荷辨识的基础上，根据提升工况的要求和提升安全性能要求，设计了危险载荷判断机制和预警输出机制，与提升机电控系统、信号系统、装卸载系统闭锁，从根本上杜绝了因卸载不完全，二次装载，超载等危险载荷引起的过卷、坠罐、蹲罐、滑动、断绳等安全隐患。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的矿井提升机载荷辨识方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的矿井提升机载荷辨识装置结构图；

图3为本发明实施例三提供的矿井提升机危险载荷预警方法的流程图；

图4为本发明实施例三提供的矿井提升机危险载荷预警判断逻辑的流程图；

图5为本发明实施例四提供的矿井提升机载荷辨识及危险载荷预警装置框图；

图6为本发明提供的矿井提升机提升系统示意图；

图7为本发明提供的矿井提升机载荷辨识过程及辨识效果曲线图；

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：

当提升机调度发出运行命令时，载荷辨识控制器检测提升机卷筒钢丝绳实时张力差，计算提升容器内载荷质量，参见图1，一种矿井提升机载荷辨识方法，步骤如下：

1)控制提升机悬停运行，采集悬停控制器输出的电磁转矩；

2)利用悬停控制器输出的电磁转矩信息，建立提升机系统动力学方程，根据提升机系统动力学方程计算出提升容器内载荷重量。

进一步，提升机系统动力学方程为通过提升机系统动力学模型获得的提升机系统力平衡方程。

具体过程如下：

建立提升机系统动力学模型：

T_e＝T_d+T_j

式中，T_e是由电动机产生的拖动力矩，T_d是提升系统惯性力矩，T_j是提升系统静阻力矩。

则提升系统力平衡方程为：

根据建立的提升机系统动力学模型，得出提升系统力平衡方程为：

F_e＝F_d+F_j

式中，F_e是由电动机产生的拖动力，F_d是提升系统惯性力，F_j是提升系统静阻力。提升系统静阻力包括载荷重力，容器自重，钢丝绳重力，运行阻力，摩擦阻力，钢丝绳弯曲阻力，轴承阻力等。

进一步，悬停控制器输出的电磁转矩为：

T_e＝T_ref1+T_ref2＝-∫ηω_r|ω_r|dt+∫λΔω_r|Δω_r|²dt。

进一步，提升系统动力学方程在

单绳缠绕式无尾绳提升系统中具体公式为：

F_e＝kmg+m_pg(H-2L)+∑ma

在多绳摩擦式提升系统中具体公式为：

F_e＝kmg+(n₁m_pg-n₂m_qg)(H-2L)+∑ma

提升机系统总变位质量∑m，提升载荷质量m，提升钢丝绳每米质量m_p，尾绳钢丝绳每米质量m_q，提升钢丝绳和尾绳数目n₁，n₂，提升或者下方深度L，井深H，提升机运行时矿井阻力系数k。

进一步，该方法还包括将所述提升容器内载荷重量信息传输至PLC控制器，由PLC控制器传输至数据处理与数据交互系统，数据处理与数据交互系统传输至人机系统进行显示。

实施例2：

图2为一种矿井提升机载荷辨识装置，包括悬停控制器、载荷识别单元；所述悬停控制器用于输出电磁转矩信息，所述所述载荷识别单元用于计算出提升容器内载荷重量；所述悬停控制器输入端输入提升机速度给定信号及实际转速，输出端输出电磁转矩信息至载荷识别单元；所述载荷识别单元输入端输入提升机实际转速、提升机系统的参数信息及悬停控制器输出的电磁转矩信息，输出端输出提升容器内载荷重量。

提升机速度给定信号及实际转速也可以通过速度控制器提供，提升机系统的参数信息可以由PLC控制器提供。

提升机系统参数信息包括提升机系统总变位质量∑m，提升载荷质量m，提升钢丝绳每米质量m_p，尾绳钢丝绳每米质量m_q，提升钢丝绳和尾绳数目n₁，n₂，提升或者下方深度L，井深H，提升机运行时矿井阻力系数k。

载荷识别单元计算提升容器内载荷重量，具体计算步骤如下：

A、建立提升机系统动力学模型

T_e＝T_d+T_j

式中，T_e是由电动机产生的拖动力矩，T_d是提升系统惯性力矩，T_j是提升系统静阻力矩。

则提升系统力平衡方程为：

F_e＝F_d+F_j

式中，F_e是由电动机产生的拖动力，F_d是提升系统惯性力，F_j是提升系统静阻力；

B、考虑提升系统变位质量，建立单绳缠绕式无尾绳提升系统及多绳摩擦式提升系统动力学方程，

单绳缠绕式无尾绳提升系统动力学方程

F_e＝kmg+m_pg(H-2L)+∑ma

多绳摩擦式提升系统动力学方程

F_e＝kmg+(n₁m_pg-n₂m_qg)(H-2L)+∑ma

C、根据提升系统参数H，n₁，n₂，m_p，m_q,∑m和变量检测值L,a，计算提升容器内载荷重量，单绳缠绕式无尾绳提升系统

多绳摩擦式提升系统

其中电机拖动力

r为提升机卷筒半径。当零速悬停控制器控制电机转速ω_r＝0时，上式中k＝1,a＝0；

D、检测提升机速度检测环节反馈值ω_r，当ω_r＝0时提取此时提升载荷质量，相应的计算公式如下：

单绳缠绕式无尾绳提升系统

多绳摩擦式提升系统

该装置还包括PLC控制器，所述PLC控制器用于输出提升机系统参数信息，接收载荷识别单元输出的提升容器内载荷重量，由PLC控制器传输至数据处理与数据交互系统，数据处理与数据交互系统传输至人机系统进行显示。

悬停控制器输出的电磁转矩为：

T_e＝T_ref1+T_ref2＝-∫ηω_r|ω_r|dt+∫λΔω_r|Δω_r|²dt。

实施例3：

参加图3，一种矿井提升机载荷危险预警方法，具体步骤为：

1)获取悬停阶段提升容器内载荷重量；

2)获取定量装载系统装载量信息；

3)根据提升载荷重量信息、定量装载系统预设装载量、正反向运行信息，判断是否超载、是否卸载不完全、是否正常载荷提升。

具体的，当提升机控制系统接收调度信号开车，液压站开始敞闸，变频驱动系统开始工作，此时载荷辨识别单元2开始工作，提升机系统被控制处于零速悬停状态，载荷辨识单元2将辨识结果传至PLC控制器3，PLC控制器3接收载荷辨识识别单元2输出的提升载荷重量信息，根据提升机设计工况要求，对危险载荷进行判断。将危险载荷报警信息通过数据处理与数据交互系统传输至人机交互系统。判断依据如下：

定义装载定量称重系统返回值m_DL，定量称重系统正常值m_DLN，通常m_DLN＝m_N。定义方向标志为Direction_flag，正反向提升方向信号FB_flag,当正向提升时FB_flag＝1，反向提升时FB_flag＝-1。方向标志与正反向提升信号、转矩电流存在如下关系：

Direction_flag＝sign(FB_flag*T_e)；

危险载荷预警策略依据及设置如图4及下表所示：

进一步，当发出危险载荷预警信号后，提升机控制系统闭锁下一次装载，同时提醒调度安排相关人员对提升容器进行检查。

具体操作为PLC控制器3与提升机系统中的数据处理交互系统4、提升机电控系统、信号系统、装卸载系统进行信号闭锁，当PLC控制器3发出危险载荷预警信号后，提升机控制系统闭锁下一次装载，同时提醒调度安排相关人员对提升容器进行检查。

实施例4：

图5、图6为矿井提升机载荷辨识及危险载荷预警装置图及矿井提升机提升系统示意图，该系统包括悬停控制器1、载荷辨识单元2、PLC控制器3、数据处理与数据交互系统4、上位机5、非线性电机控制系统6、SVPWM(空间矢量脉宽调制器)7、功率变换器8、提升机电机速度检测装置9、提升机10以及提升机容器位置检测系统11。

所述功率变换器8分别和提升机10及非线性电机控制系统4相连，载荷辨识单元分别和非线性电机控制系统6、数据处理与数据交互系统4、提升容器位置检测系统9相连；

所述功率变换器8和非线性电机控制系统6之间设置有SVPWM(空间矢量脉宽调制器)5、；

所述提升机电机速度检测装置9同时连接提升机容器位置检测系统11和提升机10。

该方案中，载荷辨识装置3包括悬停控制器1、载荷辨识单元2及PLC控制器3，悬停控制器1输入端可连接速度控制器，由速度控制器提供速度信息，输出端与载荷辨识单元2及非线性电机控制系统6相连，载荷辨识单元2与悬停控制器1及PLC控制器3相连，PLC控制器3与提升容器位置检测系统11、数据处理与数据交互系统4相连。

PLC控制器3采用西门子S7-300可编程控制器；提升机1采用电励磁同步电机作为提升电机；功率变换器8为三电平PWM逆变器；提升机容器位置检测系统11、提升机电机速度检测装置9均为光电编码器；所述数据处理与数据交互系统4采用TMSF28377D作为数字处理芯片。

具体的，悬停控制器1采集速度给定信号ω_ref和提升机实际转速ω_r，构成闭环控制，同时通过对速度信息量的比较、处理输出实际转速ω_r及其幅值|ω_r|、速度偏差量Δω_r及幅值|Δω_r|。对提升机负载进行初始转矩T_ref1观测，观测表达式为：T_ref1＝-∫ηω_r|ω_r|dt；在钢丝绳处于静止时，提升钢丝绳上任一点的张力是由绳端重量和此点以下绳重所引起的静张力组成的，为了克服设备或货物出罐笼带来的载荷变化引起的罐笼蠕动，采集速度偏差量Δω_r及其幅值|Δω_r|信息量，对提升机进行转矩扰动量Tref2估测，观测表达式为：T_ref2＝∫λΔω_r|Δω_r|²dt，式中λ为初始转矩扰动量增益系数；悬停控制器输出电磁转矩给定信息量T_e供给电机控制环节，输出电磁转矩表达式为：

T_e＝T_ref1+T_ref2＝-∫ηω_r|ω_r|dt+∫λΔω_r|Δω_r|²dt

悬停控制器1输出控制提升机所需的电磁转矩给定信息量T_e至载荷辨识单元2及非线性电机控制系统6。PLC控制器3接收载荷辨识单元2、提升容器位置检测系统11输出的信息。载荷辨识单元2同时采集悬停控制器1输出的电磁转矩给定信息量T_e及PLC控制器3传输的提升机系统的参数信息(包括传输提升容器位置信息)，经计算输出提升机负载重量信息传输给PLC控制器3，PLC控制器3将最终载荷辨识信息通过以太网通信传输至数据处理与数据交互系统4。

另外，PLC控制器可将接收载荷辨识控制器输出的提升载荷重量信息，根据提升机设计工况要求，对危险载荷进行判断，并将危险载荷报警信息通过数据处理与数据交互系统传输至人机交互系统4。

非线性电机控制器6采用非线性反馈线性化方法或多层滑模控制方法进行电励磁同步电机的控制，针对多电平功率变换器，SVPWM脉冲调制单元7采用采用空间矢量脉宽调制策略控制功率变换器8工作，为隔离动力系统与控制系统，非线性电机控制器6和SVPWM脉冲调制单元7之间可以采用光电耦合单元进行光信号与电信号的转换。非线性电机控制器6采用SPI通讯方式与数据处理与数据交互系统4进行串行通讯，数据处理与数据交互系统4通过工业以太网与上位机5进行信息通讯。

采用本发明实施效果如图7所示,某矿多绳摩擦式提升系统提升机定子电压：U＝1460V,定子电流：I＝540A,额定励磁电流：I＝661A，提升高度H＝720米，提升钢丝绳数目n₁＝4,尾绳钢丝绳数目n₂＝2,提升钢丝绳每米重量m_p＝8.0Kg/m，尾绳钢丝绳每米重量m_q＝16.0Kg/m，提升机滚筒直径3.5m。当提升机调度下达开车命令后,提升机载荷辨识及危险载荷预警控制系统首先通过悬停控制器计算维持提升机零速运行的平衡转矩T_e＝333619Nm,当提升机在装卸载位置时L＝0，通过计算可得提升载荷为19.453吨，称重系统测量结果显示为19.5吨。图7显示载荷辨识过程及辨识结果曲线，由图可见采用本专利辨识方法辨识收敛过程短，辨识曲线稳定，辨识结果准确。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (15)

1.一种矿井提升机载荷辨识方法，其特征在于，所述载荷辨识方法如下：

控制提升机悬停运行，采集悬停控制器输出的电磁转矩；利用悬停控制器输出的电磁转矩信息，建立提升机系统动力学方程，根据提升机系统动力学方程计算出提升容器内载荷重量。

2.根据权利要求1所述的矿井提升机载荷辨识方法，其特征在于，所述提升机系统动力学方程为通过提升机系统动力学模型获得的提升机系统力平衡方程。

3.根据权利要求3所述的矿井提升机载荷辨识方法，其特征在于，所述提升机系统力平衡方程为：

F_e＝F_d+F_j。

4.根据权利要求1所述的矿井提升机载荷辨识方法，其特征在于，所述悬停控制器输出的电磁转矩为：

T_e＝T_ref1+T_ref2＝-∫ηω_r|ω_r|dt+∫λΔω_r|Δω_r|²dt。

5.根据权利要求3所述的矿井提升机载荷辨识方法，其特征在于，所述提升系统动力学方程在

单绳缠绕式无尾绳提升系统中具体公式为：

F_e＝kmg+m_pg(H-2L)+∑ma

在多绳摩擦式提升系统中具体公式为：

F_e＝kmg+(n₁m_pg-n₂m_qg)(H-2L)+∑ma

提升机系统总变位质量∑m，提升载荷质量m，提升钢丝绳每米质量m_p，尾绳钢丝绳每米质量m_q，提升钢丝绳和尾绳数目n₁，n₂，提升或者下方深度L，井深H，提升机运行时矿井阻力系数k。

6.根据权利要求1-5所述的任一矿井提升机载荷辨识方法，其特征在于，该方法还包括将所述提升容器内载荷重量信息传输至PLC控制器，由PLC控制器传输至数据处理与数据交互系统，数据处理与数据交互系统传输至人机系统进行显示。

7.一种矿井提升机载荷辨识装置，其特征在于，包括悬停控制器、载荷识别单元；所述悬停控制器用于输出电磁转矩信息，所述所述载荷识别单元用于计算出提升容器内载荷重量；所述悬停控制器输入端输入提升机速度给定信号及实际转速，输出端输出电磁转矩信息至载荷识别单元；所述载荷识别单元输入端输入提升机实际转速、提升机系统的参数信息及悬停控制器输出的电磁转矩信息，输出端输出提升容器内载荷重量。

8.根据权利要求7所述的矿井提升机载荷辨识装置,其特征在于，还包括PLC控制器，所述PLC控制器用于输出提升机系统参数信息，接收载荷识别单元输出的提升容器内载荷重量，由PLC控制器传输至数据处理与数据交互系统，数据处理与数据交互系统传输至人机系统进行显示。

9.根据权利要求7所述的矿井提升机载荷辨识装置,其特征在于，提升机系统参数信息包括提升机系统总变位质量∑m，提升载荷质量m，提升钢丝绳每米质量m_p，尾绳钢丝绳每米质量m_q，提升钢丝绳和尾绳数目n₁，n₂，提升或者下方深度L，井深H，提升机运行时矿井阻力系数k。

10.根据权利要求7所述的矿井提升机载荷辨识装置,其特征在于，所述载荷识别单元计算提升容器内载荷重量，具体计算步骤如下：

A、建立提升机系统动力学模型

T_e＝T_d+T_j；

式中，T_e是由电动机产生的拖动力矩，T_d是提升系统惯性力矩，T_j是提升系统静阻力矩。

则提升系统力平衡方程为：

F_e＝F_d+F_j；

式中，F_e是由电动机产生的拖动力，F_d是提升系统惯性力，F_j是提升系统静阻力；

B、考虑提升系统变位质量，建立单绳缠绕式无尾绳提升系统及多绳摩擦式提升系统动力学方程，

单绳缠绕式无尾绳提升系统动力学方程

F_e＝kmg+m_pg(H-2L)+∑ma；

多绳摩擦式提升系统动力学方程

F_e＝kmg+(n₁m_pg-n₂m_qg)(H-2L)+∑ma；

C、根据提升系统参数H，n₁，n₂，m_p，m_q,∑m和变量检测值L,a，计算提升容器内载荷重量，单绳缠绕式无尾绳提升系统

多绳摩擦式提升系统

其中电机拖动力

r为提升机卷筒半径。当零速悬停控制器控制电机转速ω_r＝0时，上式中k＝1,a＝0；

D、检测提升机速度检测环节反馈值ω_r，当ω_r＝0时提取此时提升载荷质量，相应的计算公式如下：

单绳缠绕式无尾绳提升系统

多绳摩擦式提升系统

11.根据权利要求7所述的矿井提升机载荷辨识装置,其特征在于，所述悬停控制器输出的电磁转矩为：

T_e＝T_ref1+T_ref2＝-∫ηω_r|ω_r|dt+∫λΔω_r|Δω_r|²dt。

12.一种矿井提升机载荷预警方法，其特征在于：获取悬停阶段提升容器内载荷重量提升载荷；获取定量装载系统装载量信息；根据提升载荷信息、定量装载系统预设装载量、正反向运行信息，判断是否超载、是否卸载不完全、是否正常载荷提升。

13.根据权利要求12矿井提升机载荷预警方法，其特征在于：所述悬停阶段提升容器内载荷重量提升载荷通过权利要求7-11所述的提升机载荷辨识装置获得。

14.根据权利要求12矿井提升机载荷预警方法，其特征在于：所述判断是否超载、是否卸载不完全、是否正常载荷提升，具体判断依据如下：

定义方向标志为Direction_flag，正反向提升方向信号FB_flag,当正向提升时FB_flag＝1，反向提升时FB_flag＝-1，方向标志与正反向提升信号、转矩电流存在如下关系：

Direction_flag＝sign(FB_flag*T_e)

量称重系统返回值m_DL，定量称重系统正常值m_DLN，通常m_DLN＝m_N，定义方向标志为Direction_flag，正反向提升方向信号FB_flag。

15.根据权利要求12-14所述的任一矿井提升机载荷预警方法，该方法还包括，当发出危险载荷预警信号后，提升机控制系统闭锁下一次装载，同时提醒调度安排相关人员对提升容器进行检查。

Images