基于动力学模型的带式输送机控制方法研究

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带式输送机普遍应用在港口、电厂、矿山以及粮食等运输行业。输送机正朝着长距离、高带速、节能化与智能化的方向发展,但其动态特性变得尤为明显,这给带式输送机系统的设计工作带来了极大的挑战。为了降低输送带张力,采用了多电机驱动方式,但也给输送机的控制带来困难。因此,需要设计合适的控制方法,使输送机可以按照特定曲线运行,并能保证各电机间的功率平衡,从而实现带式输送机系统平稳运行。建立输送带的波动方程,分析得出行波在输送带中的衰减系数与速度均与频率有关,但可忽略其影响。引入波阻抗概念,输送带单元波阻抗与速度的乘积等于该单元所受应力。建立输送机各部件的波动模型,理论推导波的激发、折射与反射公式,波动模型方程与滚筒质量、输送带材料性质、等效速度阻力等因素有关。根据输送带上行波的传播机理,设计带式输送机在起、制动过程中的波动算法。对PID控制原理、三相异步交流电动机、电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术以及变频调速技术进行了研究,建立了数学模型。对电动机仿真分析,得到直接起动时电机转速、电磁转矩和相电流随时间变化的曲线,证明了输送机不适合采用直接起动方式运行。输送机系统各电机间的功率平衡与电机的机械特性和驱动滚筒间的尺寸偏差等因素有关输送机在运行过程中其动力学特征呈波动周期性变化,分析了刚性连接与弹性连接方式。对多电机驱动输送机系统采用主从控制与分组并行控制策略实现输送机各电机间的功率平衡。设计了带式输送机多电机功率平衡控制的起、制动运行算法。从软件工程的角度出发,设计了软件的输入模块、计算算法模块与输出模块。采用Visual Basic.NET语言开发了带式输送机控制系统动态分析计算软件。通过实例分析计算,得到输送机系统在运行过程中头尾部滚筒的速度、驱动力、张力、拉紧装置的速度和位移随时间变化的曲线图。输送机在运行初始阶段呈周期性波动,最终趋于稳定。驱动滚筒的趋入点张力值与奔离点张力值之差为驱动力。根据仿真实例结果证实所设计的多电机功率平衡控制系统能够实现输送机的平稳运行,并证实可满足实时控制要求。
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