基于模糊控制的皮带多机驱动功率平衡控制器的研究

摘要

目前，在我国煤矿产业所使用的皮带运输机已经逐渐走向长距离、大运量和高速率方向，因此对电机驱动功率要求愈来愈高，进而开始使用多电机驱动，这样才能避免用单机驱动带来的问题。在实际使用过程中，虽然多机驱动存在很多优点，但是却存在驱动功率分配不均衡的问题，这是由于煤矿生产所使用的输送带属于胶带，在输送物料时，如果输送带各个驱动部位驱动功率不平衡，会造成其所受张力严重不均衡，这样输送带会发生拉伤、偏离输送轨道或者是断裂，以及驱动电机故障等问题。针对此问题，本文提出了模糊控制策略，通过PLC和调速型液力耦合器来调节多机驱动功率平衡的控制手段，同时对整个控制系统结构构成进行了研究。
　　本文控制方案是:通过监测输送带的转速和各驱动电机的定子电流信号，将其输送到PLC控制器中，并将输送带实际转速与给定转速比较，以控制输送带的启动;将监测到的电流信号与基准电流信号进行比较，取两者差值作为控制信号，通过步进电机控制液力耦合器勺杆上下移动的位置，以控制液力耦合器内部充油量大小，使各驱动电机的定子电流值基本接近，从而满足各个电机驱动功率平衡的要求。
　　由于输送机系统具有滞后性和多变量控制的复杂性，不能采用常规的线性控制方法，所以本文确定选用模糊控制策略，这种控制策略简单易行。根据模糊控制原理，本文确定了模糊输入量、输出量，选定隶属度函数和控制规则，并建立了总控制决策表。最后，本文以此为依据，借助MATLAB仿真软件，对液力耦合器进行了数学建模，并给出了整个控制系统的模拟仿真模型，对仿真的结果进行了分析。
　　另外，本文在硬件选型这一块，确定以西门子PLC300作为主控制器，然后对控制系统的各个模块进行了选型，包括A/D模块、高速计数模块、隔离栅等。并且对系统硬件各个模块的接线进行了全面设计。在程序设计这一块，本文先后对控制系统的主程序和各类子程序模块，分别进行了详细设计。
　　从本文的仿真结果和设计的系统来看，采用模糊控制策略去实现多机输出功率平衡的方法是可行的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 课题的研究现状

1．3 本论文的研究内容和方法

2 多机驱动带式输送机的结构及控制方案

2．1 带式输送机概述

2．2 多机驱动带式输送机的组成结构

2．2．1 皮带张紧装置

2．2．2 输送带

2．2．3 托辊

2．2．4 驱动装置

2．3 液力耦合器可控调速装置

2．3．1 液力耦合器的基本结构和原理

2．3．2 液力耦合器的应用特点

2．3．3 液力耦合器的选型原则

2．4 多机驱动带式输送机驱动功率平衡控制策略

2．4．1 多电机驱动功率的平衡方法

2．4．2 多电机驱动功率平衡控制设计

2．5 驱动电机安全启停控制

3 模糊控制

3．1 模糊控制的基本原理

3．2 模糊控制器输入量和输出量

3．3 模糊控制系统隶属度函数

3．4 模糊控制规则、决策及解模糊方法

4 多机驱动带式输送机的模糊控制器设计

4．1 模糊控制器的设计

4．1．1 输入输出变量论域的确定及其隶属度函数的选择

4．2 制定模糊控制规则

4．3 模糊推理及决策

4．4 模糊查询表建立

4．5 控制系统仿真分析

4．5．1 调速型液力耦合器的外特性与建模

4．5．2 三相异步电动机的建模

4．5．3 控制系统仿真模型

4．5．4 模糊控制器建立

4．6 仿真结果分析

5 模糊控制器的硬件设计

5．1 PLC及其器件介绍

5．1．1 PLC介绍

5．1．2 PLC的功能

5．1．3 PLC的特点

5．1．4 西门子PLC介绍

5．1．5 西门子PLC S7-300硬件介绍

5．1．6 S7-300系列PLC的主要优点

5．2 控制系统的硬件总体设计

5．3 S7-300基本模块的选型及外围接口电路的设计

5．3．1 S7-300功能模块的选型

5．3．2 安全栅的选型

5．3．3 PLC显示终端选型

5．3．4 PLC各个模块的接口电路设计

5．3．5 PLC各模块与安全栅的接线原理图设计

5．4 传感器的选型

5．4．1 电流传感器的选型

5．4．2 速度传感器选型

5．4．3 压力变送器的选型

5．4．4 温度变送器的选型

5．4．5 步进电机的选择

6 控制系统软件设计

6．1 软件设计原则

6．1．1 软件设计要求

6．1．2 程序设计思路

6．2 S7-300系列PLC程序编程

6．3 控制系统总体程序设计

6．3．1 系统控制启动总流程

6．3．2 PLC控制器子程序设计

6．3．3 初始化模块

6．3．4 输送机软停车模块

6．3．5 A／D信号采样模块

6．3．6 驱动功率平衡模块

7 总结和展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间发表论文情况