CN201656876U - 带式输送机四机驱动功率平衡系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带式输送机四机驱动功率平衡系统，包括电机工作电流检测单元、主电机驱动速度检测单元、参数设置单元和对四台驱动电机进行综合控制的模糊控制器，电机工作电流检测单元和主电机驱动速度检测单元均接模糊控制器；四台驱动电机包括一台主电机和三台跟踪电机跟踪电机；电机工作电流检测单元包括四个分别实时检测四台驱动电机工作电流的电流检测单元；主电机驱动速度检测单元为对主电机转速或主电机所驱动滚筒速度进行实时检测的转速检测单元。本实用新型设计合理、体积小、成本低、操作简便且控制精度高、平衡效果好，能有效解决现有多机功率平衡系统及平衡方法存在的体积大、不适宜煤矿井下使用、控制精度不高等问题。

Description

带式输送机四机驱动功率平衡系统

技术领域

本实用新型属于多电机机驱动功率平衡技术领域，尤其是涉及一种对适用于煤矿井下的带式输送机进行控制的带式输送机四机驱动功率平衡系统。

背景技术

目前，带式输送机多机功率平衡的方法主要有扭矩-转速控制法和电流控制功率平衡法。其中，扭矩-转速控制法是利用电动机输出扭矩的大小直接反映电动机功率的大小，再通过采集电动机输出扭矩调节驱动电动机的输出转速来达到多台电动机功率平衡的目的，但这种方法在大功率情况下很少采用，主要是因为采集电动机扭矩常用的扭矩传感器体积庞大，其体积远大于同功率电动机的大小，因而不适于煤矿井下安装使用。电流控制功率平衡法是利用电动机电流的大小作为功率平衡的控制依据，继而调节驱动电动机的输出功率达到多台电动机功率平衡，但这种方法存在精度不高等缺点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种带式输送机四机驱动功率平衡系统，其设计合理、体积小、成本低、使用操作简便且控制精度高、功率平衡效果好，能有效解决现有多机功率平衡系统及其平衡方法所存在的体积大、不适宜在煤矿井下使用、控制精度不高等多种缺陷和不足。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种带式输送机四机驱动功率平衡系统，其特征在于：包括电机工作电流检测单元、主电机驱动速度检测单元、对带式输送机的四台驱动电机进行综合控制的模糊控制器和与模糊控制器相接的参数设置单元，所述电机工作电流检测单元和所述主电机驱动速度检测单元均接模糊控制器，所述模糊控制器分别与四台所述驱动电机相接；四台所述驱动电机分别为驱动电机一、驱动电机二、驱动电机三和驱动电机四，且驱动电机一为主电机，驱动电机二、驱动电机三和驱动电机四均为跟踪电机；所述电机工作电流检测单元包括分别对驱动电机一、驱动电机二、驱动电机三和驱动电机四的工作电流进行实时检测且均接模糊控制器的电流检测单元一、电流检测单元二、电流检测单元三和电流检测单元四；所述主电机驱动速度检测单元为对驱动电机一的转速进行实时检测的驱动电机转速检测单元或对驱动电机一所驱动滚筒的速度进行实时检测的滚筒转速检测单元。

所述电流检测单元一、电流检测单元二、电流检测单元三和电流检测单元四分别为电流互感器一、电流互感器二、电流互感器三和电流互感器四；所述驱动电机转速检测单元为转速传感器。

还包括与模糊控制器相接的显示单元。

所述模糊控制器为DSP控制器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、电路设计合理、成本较低且使用操作简便。

2、体积小，移动方便，非常适合于煤矿井下使用，并且使用效果好，能有效克服现有带式输送机多机功率平衡中所用扭矩-转速控制和电流平衡控制方法中所存在的多种缺陷和不足。

3、实用价值高，实现了各电机的功率分配比例与驱动力的分配比例接近，也实现了多电动机功率平衡的智能控制，为长距离、大运量带式输送机可靠、高效运行创造了条件。

4、控制精度高且功率平衡效果好，各电机之间的电流差异小于5％。

5、推广范围大，能实现两台以上电机的驱动功率平衡控制，并且实现方便，只需将多台被控制电机分为一台主电机和多台跟踪电机即可。

6、在控制算法中同时将电机的转速及工作电流作为比较对象，从而更加有利于提高控制精度。

7、以DSP控制器作为控制部件，充分提供了运算速度，从而提高了功率平衡系统的整体效率。

8、设计新颖合理，采用模糊控制方法将跟踪电机的工作电流与主电机的工作电流加以比较，求得差值和差值微分，控制器根据差值和差值微分的大小以模糊语言，按照“专家”经验给出调节指令进行控制。其控制原则是确定一台主电机和三台跟踪电机，并对主电机的运行速度进行控制，使其符合现场对启动和运行的要求，同时以主电机的工作电流为基准，控制其余三台跟踪电机，进行模糊调节，保证功率平衡。

综上所述，本实用新型设计合理、体积小、成本低、使用操作简便且控制精度高、功率平衡效果好，能有效解决现有多机功率平衡系统及其平衡方法所存在的体积大、不适宜在煤矿井下使用、控制精度不高等多种缺陷和不足。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图。

图2为利用本实用新型进行功率平衡的方法流程图。

附图标记说明：

1-1-驱动电机一；    1-2-驱动电机二；    1-3-驱动电机三；

1-4-驱动电机四；    2-模糊控制器；      3-1-电流互感器一；

3-2-电流互感器二；  3-3-电流互感器三；  3-4-电流互感器四；

4-转速传感器；      5-参数设置单元；    6-显示单元。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括电机工作电流检测单元、主电机驱动速度检测单元、对带式输送机的四台驱动电机进行综合控制的模糊控制器2和与模糊控制器2相接的参数设置单元5，所述电机工作电流检测单元和所述主电机驱动速度检测单元均接模糊控制器2，所述模糊控制器2分别与四台所述驱动电机相接；四台所述驱动电机分别为驱动电机一1-1、驱动电机二1-2、驱动电机三1-3和驱动电机四1-4，且驱动电机一1-1为主电机，驱动电机二1-2、驱动电机三1-3和驱动电机四1-4均为跟踪电机。所述电机工作电流检测单元包括分别对驱动电机一1-1、驱动电机二1-2、驱动电机三1-3和驱动电机四1-4的工作电流进行实时检测且均接模糊控制器2的电流检测单元一、电流检测单元二、电流检测单元三和电流检测单元四。所述主电机驱动速度检测单元为对驱动电机一1-1的转速进行实时检测的驱动电机转速检测单元或对驱动电机一1-1所驱动滚筒的速度进行实时检测的滚筒转速检测单元。

本实施例中，所述电流检测单元一、电流检测单元二、电流检测单元三和电流检测单元四分别为电流互感器一3-1、电流互感器二3-2、电流互感器三3-3和电流互感器四3-4。所述驱动电机转速检测单元为转速传感器4。同时，本实用新型还包括与模糊控制器2相接的显示单元6，所述模糊控制器2为DSP控制器。

结合图2，利用本实用新型对四台驱动电机进行功率平衡时，包括以下步骤

步骤一、控制参数确定及设置：根据实际控制需要，确定主电机驱动速度变化量控制范围[v_s1，v_s2]、主电机的理想驱动速度v和电机工作电流的变化量控制范围[I_s1，I_s2]，并通过参数设置单元5对模糊控制器2的上述控制参数进行设置。

确定上述控制参数[v_s1，v_s2]、v和[I_s1，I_s2]时，均根据实际具体应用情况，并结合大量经验数据估值推算得知。

步骤二、通过模糊控制器2将主电机的驱动速度控制在[v_s1，v_s2]内且将三台跟踪电机的工作电流均控制在[I_s1，I_s2]内，达到对四台驱动电机的驱动功率进行平衡的目的，其功率平衡过程如下：

201、信号检测：所述电流检测单元一和所述主电机驱动速度检测单元分别对所述主电机的实时工作电流I₁和实时驱动速度v₁进行检测并将检测结果同步传送至模糊控制器2，同时所述电流检测单元二、电流检测单元三和电流检测单元四分别对驱动电机二1-2、驱动电机三1-3和驱动电机四1-4三台跟踪电机的实时工作电流I₂、I₃和I₄进行检测并将检测结果同步传送至模糊控制器2。

本实施例中，所述电流互感器一3-1和转速传感器4分别对所述主电机的实时工作电流I₁和实时驱动速度v₁进行检测并将检测结果同步传送至模糊控制器2；所述电流互感器二3-2、电流互感器三3-3和电流互感器四3-4分别对驱动电机二1-2、驱动电机三1-3和驱动电机四1-4的实时工作电流I₂、I₃和I₄进行检测并将检测结果同步传送至模糊控制器2。

202、模糊推理：模糊控制器2根据步骤201中实时所检测的检测结果并结合步骤一中所设置的控制参数[v_s1，v_s2]、v和[I_s1，I_s2]，且经过内部模糊推理同步对所述主电机和三台跟踪电机此时的工作状态分别进行判断并相应得出各自的推理结果。

其中，模糊控制器2对所述主电机的模糊推理过程如下：

(a)计算所述主电机的实时速度变化量Δv＝v₁-v；

(b)将Δv与v_s1和v_s2进行大小比较：当v_s1＜Δv＜v_s2时，说明所述主电机的实时驱动速度v₁处于速度控制范围内，此时模糊控制器2得出不需对所述主电机的驱动速度进行增减调整的推理结果；当Δv＜v_s1时，说明所述主电机的实时驱动速度v₁偏离速度控制范围且处在负向偏离状态，此时模糊控制器2得出应增大所述主电机驱动速度的推理结果；当Δv＞v_s2时，说明所述主电机的实时驱动速度v₁偏离速度控制范围且处在正向偏离状态，此时模糊控制器2得出应减小所述主电机驱动速度的推理结果。

而模糊控制器2对三个所述跟踪电机的模糊推理过程均相同，且对于其中任一台跟踪电机即被推理跟踪电机来说，其模糊推理过程如下：

(p)计算所述被推理跟踪电机的实时工作电流变化量I_i1＝I_i-I₁，其中i＝2，3或4；

(q)将I_i1与I_s1和I_s2进行大小比较：当I_s1＜I_i1＜I_s2时，说明所述被推理跟踪电机的实时工作电流I_i处于工作电流控制范围内，此时模糊控制器2得出不需对所述被推理跟踪电机的工作电流进行增减调整的推理结果；当I_i1＜I_s1时，说明所述推理跟踪电机的实时工作电流I_i偏离工作电流控制范围且处在负向偏离状态，此时模糊控制器2得出应增大所述被推理跟踪电机工作电流的推理结果；当I_i1＞I_s2时，说明所述被推理跟踪电机的实时工作电流I_i偏离速度控制范围且处在正向偏离状态，此时模糊控制器2得出应减小所述被推理跟踪电机工作电流的推理结果。

具体而言，三台跟踪电机(即驱动电机二1-2、驱动电机三1-3和驱动电机四1-4)的模糊推理过程是建立在主电机(即驱动电机一1-1)检测数据的基础上的，此处以驱动电机二1-2的模糊推理过程为例进行说明。具体而言，对所述被推理跟踪电机即驱动电机二1-2进行模糊推理时：首先，计算驱动电机二1-2的实时工作电流变化量I₂₁＝I₂-I₁，且对计算得出的I₂₁进行微分后求得驱动电机二1-2的实时工作电流变化率ΔI₂₁。之后，将I₂₁与I_s1和I_s2进行大小比较：当I_s1＜I₂₁＜I_s2时，说明驱动电机二1-2的实时工作电流I₂处于工作电流控制范围内，此时模糊控制器2得出不需对驱动电机二1-2的工作电流进行增减调整的推理结果；当I₂₁＜I_s1时，说明驱动电机二1-2的实时工作电流I₂偏离工作电流控制范围且处在负向偏离状态，此时模糊控制器2得出应增大驱动电机二1-2工作电流的推理结果；当I₂₁＞I_s2时，说明驱动电机二1-2的实时工作电流I₂偏离速度控制范围且处在正向偏离状态，此时模糊控制器2得出应减小驱动电机二1-2工作电流的推理结果。

同理，对驱动电机三1-3和驱动电机四1-4的推理过程与对驱动电机二1-2的推理过程完全相同，并相应得出分别与驱动电机三1-3和驱动电机四1-4相对应的推理结果。

203、形成控制规划表：模糊控制器2将步骤202中推理得出分别与四台驱动电机(即驱动电机一1-1、驱动电机二1-2、驱动电机三1-3和驱动电机四1-4)相应的推理结果和分别与三台跟踪电机(即驱动电机二1-2、驱动电机三1-3和驱动电机四1-4)相对应的预估控制结果进行汇总，并形成控制规划表。

204、控制输出：模糊控制器2根据所述控制规划表，相应分别向四台驱动电机输出一个控制指令，控制四台驱动电机对各自的驱动速度或工作电流参数进行相应调整；之后，返回至步骤201；

在带式输送机的整个运行过程中，不断重复步骤201-204，即可实现四台驱动电机的驱动功率平衡过程。

同时，实际控制过程中，为避免控制滞后，步骤(p)中计算出所述被推理跟踪电机的实时工作电流变化量I_i1后，模糊控制器2还需对计算得出的I_i1进行微分后求得所述被推理跟踪电机的实时工作电流变化率ΔI_i1；此时，模糊控制器2根据步骤201中所检测出的所述被推理跟踪电机的实时工作电流I_i和当前所计算出的所述被推理跟踪电机的实时工作电流变化率ΔI_i1，即可估算得出所述被推理跟踪电机下一时刻的工作电流变化量I_i1’，其中i＝2，3或4；

之后，模糊控制器2将计算得出的工作电流变化量I_i1’和与I_s1和I_s2进行大小比较：当I_s1＜I_i1’＜I_s2时，说明估算得出的所述被推理跟踪电机下一时刻的工作电流I_i’处于工作电流控制范围内，此时模糊控制器2得出不需对所述被推理跟踪电机的工作电流进行增减调整的推理结果；当I_i1’＜Ix时，说明估算得出的所述被推理跟踪电机下一时刻的工作电流I_i’偏离工作电流控制范围且处在负向偏离状态，此时模糊控制器2得出应增大所述被推理跟踪电机工作电流的推理结果；当I_i1’＞I_s2时，说明估算得出的所述被推理跟踪电机下一时刻的工作电流I_i’偏离速度控制范围且处在正向偏离状态，此时模糊控制器2得出应减小所述被推理跟踪电机工作电流的推理结果；

随后，模糊控制器2根据上述对所述被推理跟踪电机下一时刻的工作电流变化量I_i1’的推理结果，相应向所述被推理跟踪电机输出一个控制指令，提前对所述被推理跟踪电机的工作电流参数进行对应地控制调整。

具体而言，对所述主电机即驱动电机一1-1进行控制时，模糊控制器2根据控制规划表中与驱动电机一1-1相对应的推理结果，具体是根据步骤(b)中推理得出的推理结果对驱动电机一1-1进行相应控制：当步骤(b)中模糊控制器2得出的推理结果为不需对所述主电机的驱动速度进行增减调整时，则模糊控制器2不对此时驱动电机一1-1的转速进行增减调整，即保持驱动电机一1-1此时的转速不变；当步骤(b)中模糊控制器2得出的推理结果为应增大所述主电机驱动速度时，模糊控制器2控制调整驱动电机一1-1的转速增大；相应地，当步骤(b)中模糊控制器2得出的推理结果为应减小所述主电机驱动速度时，模糊控制器2控制调整驱动电机一1-1的转速减小。所述模糊控制器2向驱动电机一1-1发送相应的控制指令后，驱动电机一1-1则开始执行相应动作(即调整相应工作参数)，并实现对驱动电机一1-1转速进行控制调整的目的。之后，返回至步骤201，由电流互感器一3-1和转速传感器4分别对驱动电机一1-1控制调整后的实时工作电流I₁和实时驱动速度v₁进行检测，即进入下一次控制调整过程，如此不断重复。

而三台跟踪电机(即驱动电机二1-2、驱动电机三1-3和驱动电机四1-4)的控制输出过程均相同，此处以驱动电机二1-2的控制输出过程为例进行说明。具体而言：对所述主电机即驱动电机二1-2进行控制时，模糊控制器2根据控制规划表中与驱动电机一1-1相对应的推理结果，具体是根据步骤(b)中推理得出的推理结果对所述被推理跟踪电机即驱动电机二1-2进行相应控制，具体是根据步骤(q)中推理得出的推理结果对驱动电机二1-2进行相应控制：当步骤(q)中模糊控制器2得出的推理结果为驱动电机二1-2的实时工作电流I₂处于工作电流控制范围内时，模糊控制器2不对此时驱动电机二1-2的工作电流进行增减调整，即保持驱动电机一1-1此时的工作电流不变；当步骤(q)中模糊控制器2得出的推理结果为应增大驱动电机二1-2的工作电流时，模糊控制器2控制调整驱动电机二1-2的工作电流增大；相应地，当步骤(q)中模糊控制器2得出的推理结果为应减小驱动电机二1-2的工作电流时，模糊控制器2控制调整驱动电机二1-2的工作电流增减小。

同时，为解决控制滞后问题，步骤(p)中计算出驱动电机二1-2的实时工作电流变化量I₂₁后，模糊控制器2还需对计算得出的I₂₁进行微分后求得所述被推理跟踪电机的实时工作电流变化率ΔI₂₁；此时，模糊控制器2根据步骤201中所检测出的驱动电机二1-2的实时工作电流I₂和当前所计算出的驱动电机二1-2的实时工作电流变化率ΔI₂₁，即可估算得出驱动电机二1-2下一时刻的工作电流变化量I₂₁’。之后，模糊控制器2将计算得出的工作电流变化量I₂₁’和与I_s1和I_s2进行大小比较：当I_s1＜I₂₁’＜I_s2时，说明估算得出的所述被推理跟踪电机下一时刻的工作电流I₂’处于工作电流控制范围内，此时模糊控制器2得出不需对驱动电机二1-2的工作电流进行增减调整的推理结果；当I₂₁’＜I_s1时，说明估算得出的驱动电机二1-2下一时刻的工作电流I₂’偏离工作电流控制范围且处在负向偏离状态，此时模糊控制器2提前控制增大驱动电机二1-2的工作电流；当I₂₁’＞I_s2时，说明估算得出的驱动电机二1-2下一时刻的工作电流I₂’偏离速度控制范围且处在正向偏离状态，此时模糊控制器2提前控制减小驱动电机二1-2的工作电流。另外，控制滞后问题也可以通过更换运行速度快的控制芯片(即模糊控制器2)来解决。

同理，对驱动电机三1-3和驱动电机四1-4的控制输出过程与对驱动电机二1-2的控制输出过程相同。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种带式输送机四机驱动功率平衡系统，其特征在于：包括电机工作电流检测单元、主电机驱动速度检测单元、对带式输送机的四台驱动电机进行综合控制的模糊控制器(2)和与模糊控制器(2)相接的参数设置单元(5)，所述电机工作电流检测单元和所述主电机驱动速度检测单元均接模糊控制器(2)，所述模糊控制器(2)分别与四台所述驱动电机相接；四台所述驱动电机分别为驱动电机一(1-1)、驱动电机二(1-2)、驱动电机三(1-3)和驱动电机四(1-4)，且驱动电机一(1-1)为主电机，驱动电机二(1-2)、驱动电机三(1-3)和驱动电机四(1-4)均为跟踪电机；所述电机工作电流检测单元包括分别对驱动电机一(1-1)、驱动电机二(1-2)、驱动电机三(1-3)和驱动电机四(1-4)的工作电流进行实时检测且均接模糊控制器(2)的电流检测单元一、电流检测单元二、电流检测单元三和电流检测单元四；所述主电机驱动速度检测单元为对驱动电机一(1-1)的转速进行实时检测的驱动电机转速检测单元或对驱动电机一(1-1)所驱动滚筒的速度进行实时检测的滚筒转速检测单元。

2.按照权利要求1所述的带式输送机四机驱动功率平衡系统，其特征在于：所述电流检测单元一、电流检测单元二、电流检测单元三和电流检测单元四分别为电流互感器一(3-1)、电流互感器二(3-2)、电流互感器三(3-3)和电流互感器四(3-4)；所述驱动电机转速检测单元为转速传感器(4)。

3.按照权利要求1或2所述的带式输送机四机驱动功率平衡系统，其特征在于：还包括与模糊控制器(2)相接的显示单元(6)。

4.按照权利要求1或2所述的带式输送机四机驱动功率平衡系统，其特征在于：所述模糊控制器(2)为DSP控制器。

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