[发明专利]一种矿井提升机悬停控制装置及悬停控制方法

说明书

技术领域

本发明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及悬停控制方法，属于电力拖动控制技术领域。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

为了实现上述目的，本发明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。

作为本发明的一种改进，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_ref和速度测量及反馈环节输出的提升机的实际转速ω_r，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T_ref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。

作为本发明的一种改进，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_ref和提升机实际转速ω_r，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T_ref。