一种矿井提升机悬停控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种矿井提升机悬停控制装置，其特征在于，所述控制装置包括上位机、悬停控制系统模块、逆变器及提升机所述上位机通过悬停控制系统模块控制逆变器，进而实现对提升机的悬停控制，所述提升机的悬停控制信息反馈到悬停控制系统模块。相对于现有技术，本实用新型的优点如下，该技术方案有效地解决了矿井提升机遛坡距离大、稳定性差的问题，同时对于有速度传感器的提升系统，还大大降低了在零速条件下观测精度给系统带来的负面影响，使系统更加稳定、收敛速度更快，具备较好的速度控制及转矩响应性能。
【专利说明】一种矿井提升机悬停控制装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种悬停控制装置，具体地说是一种矿井提升机悬停控制装置， 属于电力拖动控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在煤矿的安全生产过程中，矿井提升机主要承担着提升煤炭、提升与下放设备及 矿井工人运输等任务，为此，不仅需要对提升机的转速进行精确控制，还需要对提升机进行 悬停控制。通常，矿井提升机静止的时候多通过外围机械抱闸设备使其静止不动，以方便物 品及人员的进出提升罐笼，当提升机准备运行时，首先要对机械抱闸设备进行松闸，此时为 了保证配重及提升货物或者人员的重量平衡，电机驱动设备需要采取有效的悬停控制方法 迅速而平稳的提供与负载力矩相反的初始转矩，从而避免遛坡现象。不仅如此，在某些特殊 情况下，矿井提升机控制装置还需要具备在外围机械抱闸设备不抱闸的前提下实现短时乃 至长时间悬停提升物的能力。可见，对矿井提升机悬停控制装置及方法的研究是非常有必 要的，并且具有工业应用实际意义。
[0003] 传统的针对矿井提升机的悬停控制方法多采用直流电流注入法，其改进的方法为 PI调节器控制法。前者通过直流电建立的静止磁场来保持电机悬停，但该方法无负载扰动 自矫正功能，同时耐冲击能力较差。对于PI调节器控制法，在矿井提升机的运行转速接近 零速、输出电磁转矩不连续的情况下，PI调节器中的比例调节环P已不起作用，此时，仅仅 是PI调节器中的积分调节环I在发挥作用；进一步，由于数字控制系统中PI调节器表现 为离线的形式，PI调节器输出力矩的最大步长间隔必须满足小于最大静摩擦力的2倍的条 件，为此需要选取较小的积分系数，否则无法在全局条件下满足提升机悬停稳定的要求，然 而，为了尽可能的减小遛坡距离，需要增加 PI调节器的积分系数，因此，采用PI调节器作为 悬停控制方法的实现形式在控制参数选择上存在矛盾，其结果是矿井提升机在某一位置附 近抖动，是无法有效解决矿井提升机悬停控制问题的。因此，迫切的需要一种新的技术方案 解决上述技术问题。 实用新型内容
[0004] 本实用新型正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种矿井提升机悬停控制 装置及悬停控制方法，该装置有效地解决矿井提升机遛坡距离大、稳定性差的问题，同时对 于有速度传感器的提升系统，还大大降低了在零速条件下观测精度给系统带来的负面影 响，使系统更加稳定、收敛速度更快，具备较好的速度控制及转矩响应性能。
[0005] 为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下，一种矿井提升机悬停控制 装置，其特征在于，所述控制装置包括上位机、悬停控制系统模块、逆变器及提升机，所述上 位机通过悬停控制系统模块控制逆变器，进而实现对提升机的悬停控制，所述提升机的悬 停控制信息反馈到悬停控制系统模块。
[0006] 作为本实用新型的一种改进，所述悬停控制系统模块悬停控制系统模块由速度给 定环节、速度测量及反馈环节、悬停控制器环节、电机控制环节、空间矢量脉宽调制环节、脉 冲信号光电耦合环节和数据处理及数据交互模块组成，所述的速度给定环节和速度测量及 反馈环节分别与悬停控制器环节相连，电机控制环节分别与悬停控制器环节及空间矢量脉 宽调制环节相连，脉冲信号光电耦合环节与空间矢量脉宽调制环节相连，数据处理及数据 交互模块分别与悬停控制器环节、电机控制环节和上位机相连。所述悬停控制器环节通过 采集速度给定环节输出的速度给定信号ω 和速度测量及反馈环节输出的提升机的实际 转速ω ρ经悬停控制器环节输出控制提升机所需的电磁转矩给定信息量TMf至电机控制环 节，经矢量解耦控制或直接转矩控制算法输出空间矢量脉宽调制环节所需的调制矢量，空 间矢量脉宽调制环节输出的触发脉冲信号经脉冲信号光电耦合环节对逆变器进行控制，数 据处理及数据交互模块采集悬停控制器环节及电机控制环节的必要的控制信息量与上位 机进行交互。
[0007] 作为本实用新型的一种改进，所述悬停控制器环节包括速度比较及处理环节和非 线性悬停控制器，所述速度比较环节与非线性悬停控制器相连，速度给定环节和速度测量 及反馈环节分别输出速度给定信号ω Μ?和提升机实际转速ωρ经速度比较及处理环节输 出与转速相关的信息量至非线性悬停控制器，非线性悬停控制器输出电磁转矩给定信息量 Tref。
[0008] 作为本实用新型的一种改进，所述空间矢量脉宽调制环节的输入为两相静止α β 坐标系下的电压矢量?、…，基于空间矢量脉宽调制（SVPWM)策略，输出触发逆变器所需的 脉冲电信号。鉴于脉冲电信号的抗干扰能力较差，将脉冲电信号经脉冲信号光电耦合环节 进行信号转化，转换成光信号，对逆变器进行控制，同时采集逆变器的触发脉冲反馈信号。
[0009] 作为本实用新型的一种改进，所述脉冲信号光电耦合环节由光纤收发器、外围驱 动芯片、电阻&、电容Q、C2组成，所述光纤收发器设置为T-1522Z、R-2522Z，所述外围驱动 芯片设置为DS75451，所述外围驱动芯片DS75451的管脚4接地，管脚6连接电源V。。，管脚 7输入脉冲电信号，管脚5与光纤收发器T-1522Z的管脚1相连，电阻R1两端分别与外围驱 动芯片DS75451的管脚5和管脚6连接，电容Q的两端分别与外围驱动芯片DS75451的管 脚6及地连接，光纤收发器T-1522Z的管脚2接地，光纤收发器R-2522Z的管脚2接地，光 纤收发器R-2522Z的管脚3接电源V ra，电容C2两端分别与光纤收发器R-2522Z的管脚2、 管脚3相连，光纤收发器R-2522Z的管脚1与管脚4短接作为输出端，输出脉冲电信号。 [0010] 作为本实用新型的一种改进，所述数据处理及数据交互模块通过数字信号处理器 及可编程逻辑控制器对采集的数据进行处理，并通过Profibus、CAN总线等形式实现与上位 机1的信息交互。
[0011] 一种矿井提升机悬停控制装置的悬停控制方法，其特征在于，所述具体实施步骤 为：
[0012] 1)、速度给定环节输出速度给定信号为《raf=〇rpm，速度测量及反馈环节采集提升 机的实际转速ωρ并将速度给定信号ω Μ?及实际转速发送给速度比较及处理环节；
[0013] 2)、速度比较及处理环节对速度给定信号及实际转速进行信号处理后输 出实际转速及其幅值I ω」、速度偏差量Λ 及幅值I Λ ω」，其具体实施步骤为：
[0014] 21)、速度给定信号及实际转速构成闭环，实现对提升机的速度闭环控 制；
[0015] 22)、速度给定信号ωΜ?减去实际转速得到速度偏差量Λ ω，进而求取其幅值 | Δ ω |，具体可按式Δ ω ^ ω Mf- ω r计算；
[0016] 3)、非线性悬停控制器232采集速度比较及处理环节231输出的实际转速及 其幅值I ω」、速度偏差量Λ 及幅值| Λ ω丄输出电磁转矩给定信息量TMf供给电机控 制环节24,所述步骤3具体实施步骤为：
[0017] 31)、非线性悬停控制器采集速度比较及处理环节输出的实际转速、及其幅值 ω」，对提升机进行初始转矩观测，输出初始转矩TMfl，设定初始转矩增益系数为η，观测 的初始转矩TMfl具体可由表达式
【权利要求】
1. 一种矿井提升机悬停控制装置，其特征在于，所述控制装置包括上位机（1 )、悬停控 制系统模块（2 )、逆变器（3 )及提升机（4 )，所述上位机（1)通过悬停控制系统模块（2 )控制 逆变器（3)，进而实现对提升机（4)的悬停控制，所述提升机（4)的悬停控制信息反馈到悬 停控制系统模块（2)，所述悬停控制系统模块（2)由速度给定环节（21)、速度测量及反馈环 节（22)、悬停控制器环节（23)、电机控制环节（24)、空间矢量脉宽调制环节（25)、脉冲信号 光电耦合环节（26)和数据处理及数据交互模块（27)组成，所述的速度给定环节（21)和速 度测量及反馈环节（22)分别与悬停控制器环节（23)相连，电机控制环节（24)分别与悬停 控制器环节（23)及空间矢量脉宽调制环节（25)相连，脉冲信号光电耦合环节（26)与空间 矢量脉宽调制环节（25)相连，数据处理及数据交互模块（27)分别与悬停控制器环节（23)、 电机控制环节（24)和上位机（1)相连。
2. 如权利要求1所述的矿井提升机悬停控制装置，其特征在于，所述悬停控制器环节 (23 )包括速度比较及处理环节（231)和非线性悬停控制器（232 )，所述速度比较环节（231) 与非线性悬停控制器（232 )相连，速度给定环节（21)和速度测量及反馈环节（22 )分别输出 速度给定信号和提升机实际转速ωρ经速度比较及处理环节（231)输出与转速相关 的信息量至非线性悬停控制器（232)，非线性悬停控制器（232)输出电磁转矩给定信息量 Tref。
3. 如权利要求2所述的矿井提升机悬停控制装置，其特征在于，所述空间矢量脉宽调 制环节（25)的输入为两相静止α β坐标系下的电压矢量?、…，基于空间矢量脉宽调制 即SVPWM策略，输出触发逆变器（3)所需的脉冲电信号。
4. 如权利要求2所述的矿井提升机悬停控制装置，其特征在于，所述脉冲信号光电耦 合环节（26)由光纤收发器、外围驱动芯片、电阻&、电容组成，所述光纤收发器设置为 T-1522Z、R-2522Z，所述外围驱动芯片设置为DS75451，所述外围驱动芯片DS75451的管脚4 接地，管脚6连接电源V。。，管脚7输入脉冲电信号，管脚5与光纤收发器T-1522Z的管脚1 相连，电阻R1两端分别与外围驱动芯片DS75451的管脚5和管脚6连接，电容Q的两端分 别与外围驱动芯片DS75451的管脚6及地连接，光纤收发器T-1522Z的管脚2接地，光纤收 发器R-2522Z的管脚2接地，光纤收发器R-2522Z的管脚3接电源V ra，电容C2两端分别与 光纤收发器R-2522Z的管脚2、管脚3相连，光纤收发器R-2522Z的管脚1与管脚4短接作 为输出端，输出脉冲电信号。
5. 如权利要求2所述的矿井提升机悬停控制装置，其特征在于，所述数据处理及数据 交互模块（27)通过数字信号处理器及可编程逻辑控制器对采集的数据进行处理，并通过 Profibus或CAN总线形式实现与上位机（1)的信息交互。
【文档编号】B66B1/30GK204057532SQ201420236432
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】谭国俊, 吴轩钦, 李 浩, 刘毅 申请人:徐州中矿大传动与自动化有限公司