帶式輸送機四機驅動功率平衡系統的制作方法

專利名稱：帶式輸送機四機驅動功率平衡系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于多電機機驅動功率平衡技術領域，尤其是涉及一種對適用于煤礦 井下的帶式輸送機進行控制的帶式輸送機四機驅動功率平衡系統。
背景技術：
目前，帶式輸送機多機功率平衡的方法主要有扭矩_轉速控制法和電流控制功率 平衡法。其中，扭矩_轉速控制法是利用電動機輸出扭矩的大小直接反映電動機功率的大 小，再通過采集電動機輸出扭矩調節驅動電動機的輸出轉速來達到多臺電動機功率平衡的 目的，但這種方法在大功率情況下很少采用，主要是因為采集電動機扭矩常用的扭矩傳感 器體積龐大，其體積遠大于同功率電動機的大小，因而不適于煤礦井下安裝使用。電流控制 功率平衡法是利用電動機電流的大小作為功率平衡的控制依據，繼而調節驅動電動機的輸 出功率達到多臺電動機功率平衡，但這種方法存在精度不高等缺點。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種帶式 輸送機四機驅動功率平衡系統，其設計合理、體積小、成本低、使用操作簡便且控制精度高、 功率平衡效果好，能有效解決現有多機功率平衡系統及其平衡方法所存在的體積大、不適 宜在煤礦井下使用、控制精度不高等多種缺陷和不足。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是一種帶式輸送機四機驅動 功率平衡系統，其特征在于包括電機工作電流檢測單元、主電機驅動速度檢測單元、對帶 式輸送機的四臺驅動電機進行綜合控制的模糊控制器和與模糊控制器相接的參數設置單 元，所述電機工作電流檢測單元和所述主電機驅動速度檢測單元均接模糊控制器，所述模 糊控制器分別與四臺所述驅動電機相接；四臺所述驅動電機分別為驅動電機一、驅動電機 二、驅動電機三和驅動電機四，且驅動電機一為主電機，驅動電機二、驅動電機三和驅動電 機四均為跟蹤電機；所述電機工作電流檢測單元包括分別對驅動電機一、驅動電機二、驅動 電機三和驅動電機四的工作電流進行實時檢測且均接模糊控制器的電流檢測單元一、電流 檢測單元二、電流檢測單元三和電流檢測單元四；所述主電機驅動速度檢測單元為對驅動 電機一的轉速進行實時檢測的驅動電機轉速檢測單元或對驅動電機一所驅動滾筒的速度 進行實時檢測的滾筒轉速檢測單元。所述電流檢測單元一、電流檢測單元二、電流檢測單元三和電流檢測單元四分別 為電流互感器一、電流互感器二、電流互感器三和電流互感器四；所述驅動電機轉速檢測單 元為轉速傳感器。還包括與模糊控制器相接的顯示單元。所述模糊控制器為DSP控制器。本實用新型與現有技術相比具有以下優點1、電路設計合理、成本較低且使用操作簡便。[0010]2、體積小，移動方便，非常適合于煤礦井下使用，并且使用效果好，能有效克服現 有帶式輸送機多機功率平衡中所用扭矩-轉速控制和電流平衡控制方法中所存在的多種 缺陷和不足。3、實用價值高，實現了各電機的功率分配比例與驅動力的分配比例接近，也實現 了多電動機功率平衡的智能控制，為長距離、大運量帶式輸送機可靠、高效運行創造了條 件。4、控制精度高且功率平衡效果好，各電機之間的電流差異小于5%。5、推廣范圍大，能實現兩臺以上電機的驅動功率平衡控制，并且實現方便，只需將 多臺被控制電機分為一臺主電機和多臺跟蹤電機即可。6、在控制算法中同時將電機的轉速及工作電流作為比較對象，從而更加有利于提 高控制精度。7、以DSP控制器作為控制部件，充分提供了運算速度，從而提高了功率平衡系統 的整體效率。8、設計新穎合理，采用模糊控制方法將跟蹤電機的工作電流與主電機的工作電流 加以比較，求得差值和差值微分，控制器根據差值和差值微分的大小以模糊語言，按照“專 家”經驗給出調節指令進行控制。其控制原則是確定一臺主電機和三臺跟蹤電機，并對主電 機的運行速度進行控制，使其符合現場對啟動和運行的要求，同時以主電機的工作電流為 基準，控制其余三臺跟蹤電機，進行模糊調節，保證功率平衡。綜上所述，本實用新型設計合理、體積小、成本低、使用操作簡便且控制精度高、功 率平衡效果好，能有效解決現有多機功率平衡系統及其平衡方法所存在的體積大、不適宜 在煤礦井下使用、控制精度不高等多種缺陷和不足。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

圖1為本實用新型的電路框圖。圖2為利用本實用新型進行功率平衡的方法流程圖,附圖標記說明1-1-驅動電機一1-4-驅動電機四3-2-電流互感器:4-轉速傳感器；
1-2-驅動電機二
2-模糊控制器；
3-3-電流互感器i 5-參數設置單元
1-3-驅動電機三; 3-1-電流互感器一 3-4-電流互感器四 6-顯示單元。
具體實施方式如圖1所示，本實用新型包括電機工作電流檢測單元、主電機驅動速度檢測單元、 對帶式輸送機的四臺驅動電機進行綜合控制的模糊控制器2和與模糊控制器2相接的參數 設置單元5，所述電機工作電流檢測單元和所述主電機驅動速度檢測單元均接模糊控制器 2，所述模糊控制器2分別與四臺所述驅動電機相接；四臺所述驅動電機分別為驅動電機一 1-1、驅動電機二 1-2、驅動電機三1-3和驅動電機四1-4，且驅動電機一 1-1為主電機，驅動 電機二 1-2、驅動電機三1-3和驅動電機四1-4均為跟蹤電機。所述電機工作電流檢測單元包括分別對驅動電機一 1-1、驅動電機二 1-2、驅動電機三1-3和驅動電機四1-4的工作電 流進行實時檢測且均接模糊控制器2的電流檢測單元一、電流檢測單元二、電流檢測單元 三和電流檢測單元四。所述主電機驅動速度檢測單元為對驅動電機一 1-1的轉速進行實時 檢測的驅動電機轉速檢測單元或對驅動電機一 1-1所驅動滾筒的速度進行實時檢測的滾 筒轉速檢測單元。本實施例中，所述電流檢測單元一、電流檢測單元二、電流檢測單元三和電流檢測 單元四分別為電流互感器一 3-1、電流互感器二 3-2、電流互感器三3-3和電流互感器四 3-4。所述驅動電機轉速檢測單元為轉速傳感器4。同時，本實用新型還包括與模糊控制器 2相接的顯示單元6，所述模糊控制器2為DSP控制器。結合圖2，利用本實用新型對四臺驅動電機進行功率平衡時，包括以下步驟步驟一、控制參數確定及設置根據實際控制需要，確定主電機驅動速度變化量控 制范圍[vsl，vs2]、主電機的理想驅動速度V和電機工作電流的變化量控制范圍[Isl，Is2]，并 通過參數設置單元5對模糊控制器2的上述控制參數進行設置。確定上述控制參數[vsl，vs2]、v和[Isl，Is2]時，均根據實際具體應用情況，并結合 大量經驗數據估值推算得知。步驟二、通過模糊控制器2將主電機的驅動速度控制在[vsl，vs2]內且將三臺跟蹤 電機的工作電流均控制在[Isl，Is2]內，達到對四臺驅動電機的驅動功率進行平衡的目的， 其功率平衡過程如下201、信號檢測所述電流檢測單元一和所述主電機驅動速度檢測單元分別對所 述主電機的實時工作電流I1和實時驅動速度V1進行檢測并將檢測結果同步傳送至模糊控 制器2，同時所述電流檢測單元二、電流檢測單元三和電流檢測單元四分別對驅動電機二 1-2、驅動電機三1-3和驅動電機四1-4三臺跟蹤電機的實時工作電流12、13和I4進行檢測 并將檢測結果同步傳送至模糊控制器2。本實施例中，所述電流互感器一 3-1和轉速傳感器4分別對所述主電機的實時工 作電流I1和實時驅動速度V1進行檢測并將檢測結果同步傳送至模糊控制器2 ；所述電流互 感器二 3-2、電流互感器三3-3和電流互感器四3-4分別對驅動電機二 1-2、驅動電機三1_3 和驅動電機四1-4的實時工作電流12、13和I4進行檢測并將檢測結果同步傳送至模糊控制
果 ο202、模糊推理模糊控制器2根據步驟201中實時所檢測的檢測結果并結合步驟 一中所設置的控制參數[vsl，vs2]、v和[Isl，IJ，且經過內部模糊推理同步對所述主電機和 三臺跟蹤電機此時的工作狀態分別進行判斷并相應得出各自的推理結果。其中，模糊控制器2對所述主電機的模糊推理過程如下(a)計算所述主電機的實時速度變化量Δ ν = V1-V ；(b)將Δν與vsl和vs2進行大小比較當vsl< Δν< vs2時，說明所述主電機的實 時驅動速度V1處于速度控制范圍內，此時模糊控制器2得出不需對所述主電機的驅動速度 進行增減調整的推理結果；當Δ ν < Vsl時，說明所述主電機的實時驅動速度V1偏離速度控 制范圍且處在負向偏離狀態，此時模糊控制器2得出應增大所述主電機驅動速度的推理結 果；當Δν> Vs2時，說明所述主電機的實時驅動速度V1偏離速度控制范圍且處在正向偏離 狀態，此時模糊控制器2得出應減小所述主電機驅動速度的推理結果。[0038]而模糊控制器2對三個所述跟蹤電機的模糊推理過程均相同，且對于其中任一臺 跟蹤電機即被推理跟蹤電機來說，其模糊推理過程如下(ρ)計算所述被推理跟蹤電機的實時工作電流變化量Iil = Ii-I1，其中i = 2，3或 4；(q)將Iil與Isl和Is2進行大小比較當Isl < Iil < Is2時，說明所述被推理跟蹤 電機的實時工作電流Ii處于工作電流控制范圍內，此時模糊控制器2得出不需對所述被推 理跟蹤電機的工作電流進行增減調整的推理結果；當Iil < Isl時，說明所述推理跟蹤電機 的實時工作電流Ii偏離工作電流控制范圍且處在負向偏離狀態，此時模糊控制器2得出應 增大所述被推理跟蹤電機工作電流的推理結果；當Iil > Is2時，說明所述被推理跟蹤電機 的實時工作電流Ii偏離速度控制范圍且處在正向偏離狀態，此時模糊控制器2得出應減小 所述被推理跟蹤電機工作電流的推理結果。具體而言，三臺跟蹤電機(即驅動電機二 1-2、驅動電機三1-3和驅動電機四1-4) 的模糊推理過程是建立在主電機(即驅動電機一 1-1)檢測數據的基礎上的，此處以驅動電 機二 1-2的模糊推理過程為例進行說明。具體而言，對所述被推理跟蹤電機即驅動電機二 1-2進行模糊推理時首先，計算驅動電機二 1-2的實時工作電流變化量I21 = I2-I1,且對計 算得出的I21進行微分后求得驅動電機二 1-2的實時工作電流變化率Δ I210之后，將I21與 Isl和Is2進行大小比較當Isl < I21 < Is2時，說明驅動電機二 1-2的實時工作電流I2處于 工作電流控制范圍內，此時模糊控制器2得出不需對驅動電機二 1-2的工作電流進行增減 調整的推理結果；當I21 < Isl時，說明驅動電機二 1-2的實時工作電流I2偏離工作電流控 制范圍且處在負向偏離狀態，此時模糊控制器2得出應增大驅動電機二 1-2工作電流的推 理結果；當I21 > Is2時，說明驅動電機二 1-2的實時工作電流I2偏離速度控制范圍且處在 正向偏離狀態，此時模糊控制器2得出應減小驅動電機二 1-2工作電流的推理結果。同理，對驅動電機三1-3和驅動電機四1-4的推理過程與對驅動電機二 1-2的推 理過程完全相同，并相應得出分別與驅動電機三1-3和驅動電機四1-4相對應的推理結果。203、形成控制規劃表模糊控制器2將步驟202中推理得出分別與四臺驅動電機 (即驅動電機一 1-1、驅動電機二 1-2、驅動電機三1-3和驅動電機四1-4)相應的推理結果 和分別與三臺跟蹤電機(即驅動電機二 1-2、驅動電機三1-3和驅動電機四1-4)相對應的 預估控制結果進行匯總，并形成控制規劃表。204、控制輸出模糊控制器2根據所述控制規劃表，相應分別向四臺驅動電機輸 出一個控制指令，控制四臺驅動電機對各自的驅動速度或工作電流參數進行相應調整；之 后，返回至步驟201 ；在帶式輸送機的整個運行過程中，不斷重復步驟201-204，即可實現四臺驅動電機 的驅動功率平衡過程。同時，實際控制過程中，為避免控制滯后，步驟(ρ)中計算出所述被推理跟蹤電機 的實時工作電流變化量Iil后，模糊控制器2還需對計算得出的Iil進行微分后求得所述 被推理跟蹤電機的實時工作電流變化率△ Iil ；此時，模糊控制器2根據步驟201中所檢測 出的所述被推理跟蹤電機的實時工作電流Ii和當前所計算出的所述被推理跟蹤電機的實 時工作電流變化率ΔΙη，即可估算得出所述被推理跟蹤電機下一時刻的工作電流變化量 V，其中i = 2，3或4;
6[0047]之后，模糊控制器2將計算得出的工作電流變化量Ii/和與Isl和Is2進行大小比 較當Isl < In’< Is2時，說明估算得出的所述被推理跟蹤電機下一時刻的工作電流Ii’處 于工作電流控制范圍內，此時模糊控制器2得出不需對所述被推理跟蹤電機的工作電流進 行增減調整的推理結果；當In’ < Ix時，說明估算得出的所述被推理跟蹤電機下一時刻的 工作電流Ii'偏離工作電流控制范圍且處在負向偏離狀態，此時模糊控制器2得出應增大 所述被推理跟蹤電機工作電流的推理結果；當Iil' > Is2時，說明估算得出的所述被推理跟 蹤電機下一時刻的工作電流Ii'偏離速度控制范圍且處在正向偏離狀態，此時模糊控制器2 得出應減小所述被推理跟蹤電機工作電流的推理結果；隨后，模糊控制器2根據上述對所述被推理跟蹤電機下一時刻的工作電流變化量 Iil'的推理結果，相應向所述被推理跟蹤電機輸出一個控制指令，提前對所述被推理跟蹤電 機的工作電流參數進行對應地控制調整。具體而言，對所述主電機即驅動電機一 1-1進行控制時，模糊控制器2根據控制規 劃表中與驅動電機一 1-1相對應的推理結果，具體是根據步驟(b)中推理得出的推理結果 對驅動電機一 1-1進行相應控制當步驟(b)中模糊控制器2得出的推理結果為不需對所 述主電機的驅動速度進行增減調整時，則模糊控制器2不對此時驅動電機一 1-1的轉速進 行增減調整，即保持驅動電機一 1-1此時的轉速不變；當步驟(b)中模糊控制器2得出的推 理結果為應增大所述主電機驅動速度時，模糊控制器2控制調整驅動電機一 1-1的轉速增 大；相應地，當步驟(b)中模糊控制器2得出的推理結果為應減小所述主電機驅動速度時， 模糊控制器2控制調整驅動電機一 1-1的轉速減小。所述模糊控制器2向驅動電機一 1-1 發送相應的控制指令后，驅動電機一 1-1則開始執行相應動作(即調整相應工作參數)，并 實現對驅動電機一 1-1轉速進行控制調整的目的。之后，返回至步驟201，由電流互感器一 3-1和轉速傳感器4分別對驅動電機一 1-1控制調整后的實時工作電流I1和實時驅動速度 V1進行檢測，即進入下一次控制調整過程，如此不斷重復。而三臺跟蹤電機(即驅動電機二 1-2、驅動電機三1-3和驅動電機四1-4)的控制 輸出過程均相同，此處以驅動電機二 1-2的控制輸出過程為例進行說明。具體而言對所述 主電機即驅動電機二 1-2進行控制時，模糊控制器2根據控制規劃表中與驅動電機一 1-1 相對應的推理結果，具體是根據步驟(b)中推理得出的推理結果對所述被推理跟蹤電機即 驅動電機二 1-2進行相應控制，具體是根據步驟(q)中推理得出的推理結果對驅動電機二 1-2進行相應控制當步驟(q)中模糊控制器2得出的推理結果為驅動電機二 1-2的實時 工作電流I2處于工作電流控制范圍內時，模糊控制器2不對此時驅動電機二 1-2的工作電 流進行增減調整，即保持驅動電機一 1-1此時的工作電流不變；當步驟(q)中模糊控制器2 得出的推理結果為應增大驅動電機二 1-2的工作電流時，模糊控制器2控制調整驅動電機 二 1-2的工作電流增大；相應地，當步驟(q)中模糊控制器2得出的推理結果為應減小驅動 電機二 1-2的工作電流時，模糊控制器2控制調整驅動電機二 1-2的工作電流增減小。同時，為解決控制滯后問題，步驟(P)中計算出驅動電機二 1-2的實時工作電流變 化量I21后，模糊控制器2還需對計算得出的I21進行微分后求得所述被推理跟蹤電機的實 時工作電流變化率△ I21 ；此時，模糊控制器2根據步驟201中所檢測出的驅動電機二 1-2的 實時工作電流I2和當前所計算出的驅動電機二 1-2的實時工作電流變化率Δ I21,即可估算 得出驅動電機二 1-2下一時刻的工作電流變化量I21 ’。之后，模糊控制器2將計算得出的工作電流變化量V和與Isl和Is2進行大小比較當Isl < 121，< Is2時，說明估算得出的 所述被推理跟蹤電機下一時刻的工作電流I2，處于工作電流控制范圍內，此時模糊控制器2 得出不需對驅動電機二 1-2的工作電流進行增減調整的推理結果；當121’ < Isl時，說明估 算得出的驅動電機二 1-2下一時刻的工作電流12’偏離工作電流控制范圍且處在負向偏離 狀態，此時模糊控制器2提前控制增大驅動電機二 1-2的工作電流；當121’ > Is2時，說明 估算得出的驅動電機二 1-2下一時刻的工作電流12’偏離速度控制范圍且處在正向偏離狀 態，此時模糊控制器2提前控制減小驅動電機二 1-2的工作電流。另外，控制滯后問題也可 以通過更換運行速度快的控制芯片(即模糊控制器2)來解決。同理，對驅動電機三1-3和驅動電機四1-4的控制輸出過程與對驅動電機二 1-2 的控制輸出過程相同。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根 據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍 屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
權利要求一種帶式輸送機四機驅動功率平衡系統，其特征在于包括電機工作電流檢測單元、主電機驅動速度檢測單元、對帶式輸送機的四臺驅動電機進行綜合控制的模糊控制器(2)和與模糊控制器(2)相接的參數設置單元(5)，所述電機工作電流檢測單元和所述主電機驅動速度檢測單元均接模糊控制器(2)，所述模糊控制器(2)分別與四臺所述驅動電機相接；四臺所述驅動電機分別為驅動電機一(1 1)、驅動電機二(1 2)、驅動電機三(1 3)和驅動電機四(1 4)，且驅動電機一(1 1)為主電機，驅動電機二(1 2)、驅動電機三(1 3)和驅動電機四(1 4)均為跟蹤電機；所述電機工作電流檢測單元包括分別對驅動電機一(1 1)、驅動電機二(1 2)、驅動電機三(1 3)和驅動電機四(1 4)的工作電流進行實時檢測且均接模糊控制器(2)的電流檢測單元一、電流檢測單元二、電流檢測單元三和電流檢測單元四；所述主電機驅動速度檢測單元為對驅動電機一(1 1)的轉速進行實時檢測的驅動電機轉速檢測單元或對驅動電機一(1 1)所驅動滾筒的速度進行實時檢測的滾筒轉速檢測單元。
2.按照權利要求1所述的帶式輸送機四機驅動功率平衡系統，其特征在于所述電 流檢測單元一、電流檢測單元二、電流檢測單元三和電流檢測單元四分別為電流互感器一 (3-1)、電流互感器二(3-2)、電流互感器三(3-3)和電流互感器四(3-4)；所述驅動電機轉 速檢測單元為轉速傳感器(4)。
3.按照權利要求1或2所述的帶式輸送機四機驅動功率平衡系統，其特征在于還包 括與模糊控制器(2)相接的顯示單元(6)。
4.按照權利要求1或2所述的帶式輸送機四機驅動功率平衡系統，其特征在于所述 模糊控制器(2)為DSP控制器。
專利摘要本實用新型公開了一種帶式輸送機四機驅動功率平衡系統，包括電機工作電流檢測單元、主電機驅動速度檢測單元、參數設置單元和對四臺驅動電機進行綜合控制的模糊控制器，電機工作電流檢測單元和主電機驅動速度檢測單元均接模糊控制器；四臺驅動電機包括一臺主電機和三臺跟蹤電機跟蹤電機；電機工作電流檢測單元包括四個分別實時檢測四臺驅動電機工作電流的電流檢測單元；主電機驅動速度檢測單元為對主電機轉速或主電機所驅動滾筒速度進行實時檢測的轉速檢測單元。本實用新型設計合理、體積小、成本低、操作簡便且控制精度高、平衡效果好，能有效解決現有多機功率平衡系統及平衡方法存在的體積大、不適宜煤礦井下使用、控制精度不高等問題。
文檔編號H02P5/46GK201656876SQ20102014402
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月29日 優先權日2010年3月29日
發明者曹保新, 李祖洲, 李耀輝, 田方, 程永軍 申請人:陜西蒲白三通有限公司