權利要求書： 1.一種永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制系統(tǒng)，包括刮板機機頭鏈輪一、機頭鏈輪二、機尾鏈輪一和機尾鏈輪二，機頭鏈輪一和機尾鏈輪一同時連接一根刮板鏈，機頭鏈輪二和機尾鏈輪二同時連接另一根刮板鏈，其特征在于，機頭鏈輪一和機頭鏈輪二同軸相連在同一個刮板機機頭上，機尾鏈輪一的輪軸一和機尾鏈輪二的輪軸二分開設置，刮板機的底座上平行設有兩個伺服驅動液壓缸，且伺服驅動液壓缸一和伺服驅動液壓缸二的缸座均固定在刮板機底座上，伺服驅動液壓缸一的缸桿端與機尾鏈輪一相連，伺服驅動液壓缸二的缸桿端與機尾鏈輪二相連；

在刮板鏈的部分鏈節(jié)上安裝有刮板鏈應變片，伺服驅動液壓缸一內(nèi)設有位移傳感器一，伺服驅動液壓缸二內(nèi)設有位移傳感器二，伺服驅動液壓缸一與機尾鏈輪一相連位置設有拉壓力傳感器一，伺服驅動液壓缸二與機尾鏈輪二相連位置設有拉壓力傳感器二；

刮板鏈應變片將張力信號、位移傳感器一和位移傳感器二將兩個伺服驅動液壓缸的位移信號、拉壓力傳感器一和拉壓力傳感器二將兩個伺服驅動液壓缸的拉壓力信號分別傳輸至鏈條張力平衡控制模塊，鏈張力平衡控制模塊根據(jù)預設程序計算并輸出控制電流至控制伺服驅動液壓缸一動作的伺服閥一以及控制伺服驅動液壓缸二的伺服閥二；

其中，機頭鏈輪一和機頭鏈輪二的驅動機構為機頭永磁同步電機，機尾鏈輪一的驅動機構為機尾永磁同步電機一，機尾鏈輪二的驅動機構為機尾永磁同步電機二；所述機頭永磁同步電機的轉動軸外安裝有機頭電機編碼器，機尾永磁同步電機一的轉動軸外安裝有機尾電機編碼器一，機尾永磁同步電機二的轉動軸外安裝有機尾電機編碼器二；機頭永磁同步電機的轉動軸與機頭鏈輪一、機頭鏈輪二的連接軸相連處安裝有機頭扭矩傳感器，機尾永磁同步電機一的轉動軸與機尾鏈輪一連接軸相連處安裝有機尾扭矩傳感器一，機尾永磁同步電機二的轉動軸與機尾鏈輪二連接軸相連處安裝有機尾扭矩傳感器二；機頭電機編碼器、機尾電機編碼器一、機尾電機編碼器二、機頭扭矩傳感器、機尾扭矩傳感器一、機尾扭矩傳感器二分別將機頭永磁同步電機的轉速信號、扭矩信號，和兩個機尾永磁同步電機的轉速信號、扭矩信號輸送至永磁同步電機控制模塊。

2.根據(jù)權利要求1所述的永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，鏈張力平衡控制模塊包括實時控制器I、模擬量輸出D/A板I、模擬量采集A/D板和調(diào)理模塊I，實時控制器I中包括鏈張力分布觀測器、鏈張力平衡自適應控制器以及液壓缸位置跟蹤控制器，鏈張力信號經(jīng)調(diào)理模塊I處理后傳輸至鏈張力分布觀測器，鏈張力分布觀測器處理后的數(shù)據(jù)傳輸至鏈張力平衡自適應控制器，鏈張力平衡自適應控制器根據(jù)預設程序計算各鏈輪需要調(diào)節(jié)的距離，并將該距離信號傳輸至液壓缸位置跟蹤控制器，液壓缸位置跟蹤控制器根據(jù)上述距離信號、兩個位移傳感器的位移信號、兩個拉壓力傳感器的拉壓力信號計算出控制兩個伺服驅動液壓缸的兩個伺服閥控制電流并傳輸至兩個伺服閥。

3.根據(jù)權利要求2所述的永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述鏈張力信號通過無線傳輸方式輸送至實時控制器I。

4.根據(jù)權利要求1所述的永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，刮板機底座上平行固定有兩個導軌，機尾鏈輪一與導軌一位于同一垂直面，且機尾鏈輪一可沿導軌一前后移動，機尾鏈輪二與導軌二位于同一垂直面，且機尾鏈輪二可沿導軌二前后移動。

5.根據(jù)權利要求4所述的永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，永磁同步電機控制模塊包括實時控制器II、編碼信號采集板、模擬量輸出D/A板II和調(diào)理模塊II，編碼信號采集板分別將各電機編碼器采集的各電機的轉速信號發(fā)送至實時控制器II；實時控制器II包括電機轉速控制器和同步控制器，電機轉速控制器控制各電機按預設轉速信號運行，同步控制器控制機尾兩電機轉速保持一致，永磁同步電機各控制信號通過模擬量輸出D/A板II輸出，并經(jīng)調(diào)理模塊II處理后發(fā)送至各永磁同步電機。

6.一種永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，設定機頭永磁同步電機的參考速度信號，機頭永磁同步電機編碼器采集機頭永磁同步電機的轉速信號，并同步發(fā)送至實時控制器II，實時控制器II中的電機轉速控制器結合機頭扭矩傳感器中的扭矩信號計算電機轉速控制電信號，電信號發(fā)送至變頻控制器，實現(xiàn)機頭永磁同步電機的速度控制；

第二步，設定兩個機尾永磁同步電機的參考速度信號，機尾永磁同步電機編碼器一和機尾永磁同步電機編碼器二分別采集機尾永磁同步電機一和機尾永磁同步電機二的轉速信號，并同步發(fā)送至實時控制器II，實時控制器II中的電機轉速控制器和電機同步控制器結合機尾扭矩傳感器一、機尾扭矩傳感器二計算電機轉速控制電信號，電信號發(fā)送至變頻控制器，實現(xiàn)機尾永磁同步電機的速度控制及同步控制；

第三步，刮板鏈張力無線采集系統(tǒng)將通過刮板鏈應變片采集到的鏈張力信號經(jīng)調(diào)理模塊I處理后傳輸至信號傳輸延時補償控制器，對無線信號傳輸過程中的信號延時進行動態(tài)補償；

第四步，經(jīng)過延時補償后的鏈張力信號傳輸至鏈張力分布觀測器，鏈張力分布觀測器通過對各鏈輪位置處的刮板鏈張力信號分析得到整條刮板鏈的實時張力分布情況；

第五步，依次經(jīng)過信號傳輸延時補償控制器和鏈張力分布觀測器處理后的兩條刮板鏈張力信號進入鏈張力平衡自適應控制器，鏈張力平衡自適應控制器利用兩根鏈條刮板鏈張力差計算出鏈輪需要調(diào)節(jié)的距離；

第六步，上述距離信號傳輸至液壓缸位置跟蹤控制器，同時結合伺服驅動液壓缸的兩個位移傳感器的位移信號、兩個拉壓力傳感器的拉壓力信號計算出控制兩個伺服驅動液壓缸的兩個伺服閥控制電流并傳輸至兩個伺服閥，分別控制兩個伺服驅動液壓缸的不同驅動力的大小。

說明書： 一種永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制系統(tǒng)及方法技術領域

本發(fā)明涉及井下物料運輸領域，尤其涉及一種永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制系統(tǒng)及方法。

背景技術

礦用刮板輸送機是綜合機械化采煤工作面的關鍵裝備之一，其能否可靠、穩(wěn)定、高效運行直接影響到現(xiàn)代化煤礦的安全及生產(chǎn)能力。礦用刮板輸送機運行工況惡劣、負載變化大、隨機振動與沖擊現(xiàn)象明顯，刮板鏈是最直接承受落煤負載的部件，因此，兩根刮板鏈動張力具有時變特性、瞬時張力大且難以控制的特點，易導致刮板鏈在驅動鏈輪分離點處產(chǎn)生松弛乃至堆積而發(fā)生掉鏈、卡鏈及斷鏈等事故。目前實際應用中的刮板輸送機鏈張力調(diào)節(jié)方式主要為停機被動調(diào)節(jié)的方法，不具備實時調(diào)控性能，不利于在運輸過程中對刮板鏈張力進行調(diào)節(jié)與維護；且現(xiàn)有刮板鏈張力調(diào)節(jié)是對雙鏈的張緊程度進行調(diào)節(jié)，無法對兩跟刮板鏈張力分別進行控制，因此不能調(diào)節(jié)兩根刮板鏈張力差異。

且現(xiàn)有刮板輸送機驅動系統(tǒng)常使用軟啟動裝置，例如液力偶合器、可控驅動裝置、變頻調(diào)速裝置，但是由于這種軟啟動裝置功率損失大、維護困難、存在諧波污染，且減速器在使用過程會出現(xiàn)漏油、斷軸、齒損等故障。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制系統(tǒng)及方法，有效解決刮板機工作過程中兩根刮板鏈張力不平衡的問題，同時實時監(jiān)測整條刮板鏈張力分布情況，提供工作效率。

為達上述目的，本發(fā)明提供一種永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制系統(tǒng)，包括刮板機機頭鏈輪一、機頭鏈輪二、機尾鏈輪一和機尾鏈輪二，機頭鏈輪一和機尾鏈輪一同時連接一根刮板鏈，機頭鏈輪二和機尾鏈輪二同時連接另一根刮板鏈，機頭鏈輪一和機頭鏈輪二同軸相連在同一個刮板機機頭上，機尾鏈輪一的輪軸一和機尾鏈輪二的輪軸二分開設置，刮板機的底座上平行設有兩個伺服驅動液壓缸，且伺服驅動液壓缸一和伺服驅動液壓缸二的缸座均固定在刮板機底座上，伺服驅動液壓缸一的缸桿端與機尾鏈輪一相連，伺服驅動液壓缸二的缸桿端與機尾鏈輪二相連；

與各鏈輪嚙合部位的鏈條上安裝有刮板鏈應變片，伺服驅動液壓缸一內(nèi)設有位移傳感器一，伺服驅動液壓缸二內(nèi)設有位移傳感器二，伺服驅動液壓缸一與機尾鏈輪一相連位置設有拉壓力傳感器一，伺服驅動液壓缸二與機尾鏈輪二相連位置設有拉壓力傳感器二；

刮板鏈應變片將張力信號、位移傳感器一和位移傳感器二將兩個伺服驅動液壓缸的位移信號、拉壓力傳感器一和拉壓力傳感器二將兩個伺服驅動液壓缸的拉壓力信號分別傳輸至鏈條張力平衡控制模塊，鏈張力平衡控制模塊根據(jù)預設程序計算并輸出控制電流至控制伺服驅動液壓缸一動作的伺服閥一以及控制伺服驅動液壓缸二的伺服閥二。

進一步的，鏈張力平衡控制模塊包括實時控制器、模擬量輸出D/A板、模擬量采集A/D板和調(diào)理模塊，實時控制器中包括鏈張力分布觀測器、鏈張力平衡自適應控制器以及液壓缸位置跟蹤控制器，鏈張力信號經(jīng)調(diào)理模塊處理后傳輸至鏈張力分布觀測器，鏈張力分布觀測器處理后的數(shù)據(jù)傳輸至鏈張力平衡自適應控制器，鏈張力平衡自適應控制器根據(jù)預設程序計算各鏈輪需要調(diào)節(jié)的距離，并將該距離信息傳輸至液壓缸位置跟蹤控制器，液壓缸位置跟蹤控制器根據(jù)上述距離信息、兩個位移傳感器的位移信號、兩個拉壓力傳感器的拉壓力信號計算出控制兩個伺服驅動液壓缸的兩個伺服閥控制電流并傳輸至兩個伺服閥。

進一步的，所述鏈張力信號通過無線傳輸方式輸送至實時控制器。具體的，刮板鏈應變片安裝位置處設有無線信號發(fā)射裝置，鏈張力平衡控制模塊還包括無線信號采集系統(tǒng)，無線信號采集系統(tǒng)中的無線信號接收裝置接收來自無線信號發(fā)射裝置的刮板鏈張力信號；實時控制器還包括信號傳輸延時補償控制器，采集到的兩條鏈張力信號依次經(jīng)過信號傳輸延時補償控制器和鏈張力分布觀測器處理后進入鏈張力平衡自適應控制器。

進一步的，刮板機底座上平行固定有兩個導軌，機尾鏈輪一與導軌一位于同一垂直面，且機尾鏈輪一可沿導軌一前后移動，機尾鏈輪二與導軌二位于同一垂直面，且機尾鏈輪二可沿導軌二前后移動。

進一步的，機頭鏈輪一和機頭鏈輪二的驅動機構為機頭永磁同步電機，機尾鏈輪一的驅動機構為機尾永磁同步電機一，機尾鏈輪二的驅動機構為機尾永磁同步電機二。

進一步的，所述機頭永磁同步電機的轉動軸外安裝有機頭電機編碼器，機尾永磁同步電機一的轉動軸外安裝有機尾電機編碼器一，機尾永磁同步電機二的轉動軸外安裝有機尾電機編碼器二；機頭永磁同步電機的轉動軸與機頭鏈輪一、機頭鏈輪二的連接軸相連處安裝有機頭扭矩傳感器，機尾永磁同步電機一的轉動軸與機尾鏈輪一連接軸相連處安裝有機尾扭矩傳感器一，機尾永磁同步電機二的轉動軸與機尾鏈輪二連接軸相連處安裝有機尾扭矩傳感器二；機頭電機編碼器、機尾電機編碼器一、機尾電機編碼器二、機頭扭矩傳感器、機尾扭矩傳感器一、機尾扭矩傳感器二分別將機頭永磁同步電機的轉速信號、扭矩信號，和兩個機尾永磁同步電機的轉速信號、扭矩信號輸送至永磁同步電機控制模塊。

進一步的，永磁同步電機控制模塊包括實時控制器、編碼信號采集板、模擬量輸出D/A板和調(diào)理模塊，編碼信號采集板分別將各電機編碼器采集的各電機的轉速信號發(fā)送至實時控制器；實時控制器包括電機轉速控制器和同步控制器，電機轉速控制器控制各電機按預設轉速信號運行，同步控制器控制機尾兩電機轉速保持一致，永磁同步電機各控制信號通過模擬量輸出D/A板輸出，并經(jīng)調(diào)理模塊處理后發(fā)送至各永磁同步電機。

一種永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制方法，包括以下步驟：

第一步，設定機頭永磁同步電機的參考速度信號，機頭永磁同步電機編碼器采集機頭永磁同步電機的轉速信號，并同步發(fā)送至實時控制器，實時控制器中的電機轉速控制器結合機頭扭矩傳感器中的扭矩信號計算電機轉速控制電信號，電信號發(fā)送至變頻控制器，實現(xiàn)機頭永磁同步電機的速度控制；

第二步，設定兩個機尾永磁同步電機的參考速度信號，機尾永磁同步電機編碼器一和機尾永磁同步電機編碼器二分別采集機尾永磁同步電機一和機尾永磁同步電機二的轉速信號，并同步發(fā)送至實時控制器，實時控制器中的電機轉速控制器和電機同步控制器結合機尾扭矩傳感器一、機尾扭矩傳感器二計算電機轉速控制電信號，電信號發(fā)送至變頻控制器，實現(xiàn)機尾永磁同步電機的速度控制及同步控制；

第三步，刮板鏈張力無線采集系統(tǒng)將通過刮板鏈應變片采集到的鏈張力信號經(jīng)調(diào)理模塊處理后傳輸至信號傳輸延時補償控制器，對無線信號傳輸過程中的信號延時進行動態(tài)補償；

第四步，經(jīng)過延時補償后的鏈張力信號傳輸至鏈張力分布觀測器，鏈張力分布觀測器通過對各鏈輪位置處的刮板鏈張力信號分析得到整條刮板鏈的實時張力分布情況；

第五步，依次經(jīng)過信號傳輸延時補償控制器和鏈張力分布觀測器處理后的兩條刮板鏈張力信號進入鏈張力平衡自適應控制器，鏈張力平衡自適應控制器利用兩根鏈條刮板鏈張力差計算出鏈輪需要調(diào)節(jié)的距離；

第六步，上述距離信號傳輸至液壓缸位置跟蹤控制器，同時結合伺服驅動液壓缸的兩個位移傳感器的位移信號、兩個拉壓力傳感器的拉壓力信號計算出控制兩個伺服驅動液壓缸的兩個伺服閥控制電流并傳輸至兩個伺服閥，分別控制兩個伺服驅動液壓缸的不同驅動力的大小。

本發(fā)明的有益效果如下：

1)、本發(fā)明采用低速大扭矩永磁同步電機直接驅動刮板輸送機鏈輪進行作業(yè)，構成永磁直驅系統(tǒng)，具有高效節(jié)能、無諧波電流和電磁干擾、適應惡劣環(huán)境等優(yōu)勢，不僅能夠避免常用軟啟動裝置存在的不足，而且可省去減速器裝置，減小了礦用刮板輸送機整體占地空間；

2)、本發(fā)明將鏈張力無線采集系統(tǒng)、信號傳輸延時補償控制器和鏈張力分布觀測器相結合，不僅能監(jiān)測某一鏈節(jié)的受力情況，可以實時監(jiān)測整條刮板鏈張力分布情況；

3)、本發(fā)明采用分體式機尾鏈輪裝置，可以通過伺服液壓缸對每根刮板鏈張力進行單獨調(diào)節(jié)，從而控制兩根刮板鏈之間的張力差，實現(xiàn)鏈張力平衡，解決了當前僅能調(diào)節(jié)鏈張緊程度的問題；

4)、鏈張力平衡自適應控制器包含非線性控制算法，可以補償?shù)V用刮板輸送機鏈張力控制中存在的參數(shù)不確定性和外部干擾，可以實現(xiàn)刮板輸送機運行過程中的鏈張力平衡精確控制，減小停機調(diào)整與維護時間，大大提高工作效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)原理圖；

圖3是本發(fā)明方法流程圖。

圖中：1、永磁同步電機控制模塊；2、機頭鏈輪一；3、刮板；4、機頭鏈輪二；5、刮板鏈；6、導軌一；7、伺服驅動液壓缸一；8、伺服閥一；9、位移傳感器一；10、拉壓力傳感器一；11、機尾電機編碼器一；12、機尾永磁同步電機一；13、機尾扭矩傳感器一；14、機尾鏈輪一；15、機尾鏈輪二；16、機尾扭矩傳感器二；17、機尾永磁同步電機二；18、機尾電機編碼器二；19、拉壓力傳感器二；20、位移傳感器二；21、伺服閥二；22、伺服驅動液壓缸二；23、導軌二；24、無線信號采集系統(tǒng)；25、機頭電機編碼器；26、機頭永磁同步電機；27、機頭扭矩傳感器；28、鏈張力平衡控制模塊；29、底座。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明中的技術方案作詳細的闡述。

如圖1至圖3所示，一種永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制系統(tǒng)，包括機頭鏈輪一2、機頭鏈輪二4、機尾鏈輪一14和機尾鏈輪二15，機頭鏈輪一2和機尾鏈輪一14同時連接一根刮板鏈5，機頭鏈輪二4和機尾鏈輪二15同時連接另一根刮板鏈5，機頭鏈輪一2和機頭鏈輪二4同軸相連在同一個刮板機機頭上，機尾鏈輪一14的輪軸一和機尾鏈輪二15的輪軸二分開設置，刮板機的底座29上平行設有兩個伺服驅動液壓缸，且伺服驅動液壓缸一7和伺服驅動液壓缸二22的缸座均固定在刮板機的底座29上，伺服驅動液壓缸一7的缸桿端與機尾鏈輪一14相連，伺服驅動液壓缸二22的缸桿端與機尾鏈輪二15相連；刮板機底座29上平行固定有兩個導軌，機尾鏈輪一14與導軌一6位于同一垂直面，且機尾鏈輪一14可沿導軌一6前后移動，機尾鏈輪二15與導軌二23位于同一垂直面，且機尾鏈輪二15可沿導軌二23前后移動。

與各鏈輪嚙合部位的鏈條上安裝有刮板鏈應變片，伺服驅動液壓缸一7內(nèi)設有位移傳感器一9，伺服驅動液壓缸二22內(nèi)設有位移傳感器二20，伺服驅動液壓缸一7與機尾鏈輪一14相連位置設有拉壓力傳感器一10，伺服驅動液壓缸二22與機尾鏈輪二15相連位置設有拉壓力傳感器二19；

本系統(tǒng)還包括鏈張力平衡控制模塊28，鏈張力平衡控制模塊28包括實時控制器、無線信號采集系統(tǒng)、模擬量輸出D/A板、模擬量采集A/D板和調(diào)理模塊，實時控制器中包括鏈張力分布觀測器、鏈張力平衡自適應控制器、信號傳輸延時補償控制器以及液壓缸位置跟蹤控制器，鏈張力信號經(jīng)調(diào)理模塊處理后傳輸至鏈張力分布觀測器，無線信號采集系統(tǒng)采集到的兩條鏈張力信號依次經(jīng)過信號傳輸延時補償控制器和鏈張力分布觀測器處理后進入鏈張力平衡自適應控制器，鏈張力平衡自適應控制器根據(jù)預設程序計算各鏈輪需要調(diào)節(jié)的距離，并將該距離信息傳輸至液壓缸位置跟蹤控制器，液壓缸位置跟蹤控制器根據(jù)上述距離信息、兩個位移傳感器的位移信號、兩個拉壓力傳感器的拉壓力信號計算出控制兩個伺服驅動液壓缸的兩個伺服閥控制電流并傳輸至兩個伺服閥。

由于鏈張力信號通過無線裝置進行發(fā)送與接收，因此信號存在傳輸延遲，上述的信號傳輸延時補償控制器用于降低信號通過無線傳輸產(chǎn)生的延遲；鏈張力分布觀測器通過采集的特定鏈張力信號，對整條刮板鏈的實時張力分布進行觀測，從而為鏈張力平衡控制提供數(shù)據(jù)基礎；鏈張力平衡自適應控制器可以利用兩根鏈條刮板鏈張力差計算出鏈輪需要調(diào)節(jié)的距離；液壓缸位置跟蹤控制器根據(jù)上述距離，并結合各伺服液壓缸的位移信號、拉壓力信號分別計算調(diào)整兩個伺服驅動液壓缸的伺服閥一8和伺服閥二21的控制電流，從而通過分別調(diào)整伺服驅動液壓缸一7和伺服驅動液壓缸二22來分別驅動兩個機尾鏈輪沿著兩個導軌平移，以實現(xiàn)鏈條張力平衡的控制調(diào)整。

本實施例中，機頭鏈輪一2和機頭鏈輪二4的驅動機構為機頭永磁同步電機26，機尾鏈輪一14的驅動機構為機尾永磁同步電機一12，機尾鏈輪二15的驅動機構為機尾永磁同步電機二17。

如圖1和2所示，本系統(tǒng)還包括永磁同步電機控制模塊1，永磁同步電機控制模塊1包括實時控制器、編碼信號采集板、模擬量輸出D/A板和調(diào)理模塊，機頭永磁同步電機26的轉動軸外安裝有機頭電機編碼器25，機尾永磁同步電機一12的轉動軸外安裝有機尾電機編碼器一11，機尾永磁同步電機二17的轉動軸外安裝有機尾電機編碼器二18；機頭永磁同步電機26的轉動軸與機頭鏈輪一2、機頭鏈輪二4的連接軸相連處安裝有機頭扭矩傳感器27，機尾永磁同步電機一12的轉動軸與機尾鏈輪一14連接軸相連處安裝有機尾扭矩傳感器一13，機尾永磁同步電機二17的轉動軸與機尾鏈輪二15連接軸相連處安裝有機尾扭矩傳感器二16；機頭電機編碼器25、機尾電機編碼器一11、機尾電機編碼器二18、機頭扭矩傳感器27、機尾扭矩傳感器一13、機尾扭矩傳感器二16分別將機頭永磁同步電機的轉速信號、扭矩信號，和兩個機尾永磁同步電機的轉速信號、扭矩信號輸送至永磁同步電機控制模塊1；編碼信號采集板分別將各電機編碼器采集的各電機的轉速信號發(fā)送至實時控制器；實時控制器包括電機轉速控制器和同步控制器，電機轉速控制器控制各電機按預設轉速信號運行，同步控制器控制機尾兩電機轉速保持一致，永磁同步電機各控制信號通過模擬量輸出D/A板輸出，并經(jīng)調(diào)理模塊處理后發(fā)送至各永磁同步電機。

如圖3所示，一種永磁驅動礦用刮板輸送機鏈張力平衡控制方法，包括以下步驟：

第一步，設定機頭永磁同步電機的參考速度信號，機頭永磁同步電機編碼器25采集機頭永磁同步電機26的轉速信號，并同步發(fā)送至實時控制器，實時控制器中的電機轉速控制器結合機頭扭矩傳感器27中的扭矩信號計算電機轉速控制電信號，電信號發(fā)送至變頻控制器，實現(xiàn)機頭永磁同步電機的速度控制；

第二步，設定兩個機尾永磁同步電機的參考速度信號，機尾永磁同步電機編碼器一11和機尾永磁同步電機編碼器二18分別采集機尾永磁同步電機一12和機尾永磁同步電機二17的轉速信號，并同步發(fā)送至實時控制器，實時控制器中的電機轉速控制器和電機同步控制器結合機尾扭矩傳感器一13、機尾扭矩傳感器二16計算電機轉速控制電信號，電信號發(fā)送至變頻控制器，實現(xiàn)機尾永磁同步電機的速度控制及同步控制；

第三步，刮板鏈張力無線采集系統(tǒng)24將通過刮板鏈應變片采集到的鏈張力信號經(jīng)調(diào)理模塊處理后傳輸至信號傳輸延時補償控制器，對無線信號傳輸過程中的信號延時進行動態(tài)補償；

第四步，經(jīng)過延時補償后的鏈張力信號傳輸至鏈張力分布觀測器，鏈張力分布觀測器通過對各鏈輪位置處的刮板鏈張力信號分析得到整條刮板鏈的實時張力分布情況；

第五步，依次經(jīng)過信號傳輸延時補償控制器和鏈張力分布觀測器處理后的兩條刮板鏈張力信號進入鏈張力平衡自適應控制器，鏈張力平衡自適應控制器利用兩根鏈條刮板鏈張力差計算出鏈輪需要調(diào)節(jié)的距離；

第六步，上述距離信號傳輸至液壓缸位置跟蹤控制器，同時結合伺服驅動液壓缸的兩個位移傳感器的位移信號、兩個拉壓力傳感器的拉壓力信號計算出控制兩個伺服驅動液壓缸的兩個伺服閥控制電流并傳輸至兩個伺服閥，分別控制兩個伺服驅動液壓缸的不同驅動力的大小。

第三步中，信號傳輸延時補償控制器以刮板鏈張力為輸出的動力學模型如下：



其中，x＝[x1 x2]T，x1為鏈張力信號，



M(x,t,u)為系統(tǒng)系數(shù)矩陣，則鏈張力延時補償信號可表示為：



其中，



為補償后信號，



為實際輸出信號，Δt為無線采集延遲量，C為待設計增益。

第四步中鏈張力分布觀測器的控制過程如下：

將鏈傳動系統(tǒng)被離散化為n個離散單元，構建鏈傳動狀態(tài)空間方程為：





其中，



為2n×1狀態(tài)矩陣，U為輸入矩陣,



為輸出矩陣即觀測值，



為n階單位矩陣,G為q×n反饋增益矩陣,且q為已知狀態(tài)參量的個數(shù)，對應于傳感器的個數(shù)，Y觀測器的狀態(tài)反饋,可通過傳感器測量直接獲得。

第五步中，鏈張力平衡自適應控制器的系統(tǒng)非線性控制方程表示為如下形式：



其中，Δ主要包括重載刮板輸送機系統(tǒng)運行過程中刮板鏈在刮板鏈輪上運動波動、刮板鏈與中部槽之間摩擦造成的干擾；

最終控制輸入可表示為



其中，η，k1和k2為待設計系數(shù)，e1和e2為系統(tǒng)偏差，自適應參數(shù)可表示如下，γ1和γ2為待設計增益系數(shù)