1、 输送机系统反馈控制 摘要 当 输送 带改变它的现在状态 时就会引起高强度的瞬间压力，尤其是 在 它启动和制动时 。 这些压力对系统 来说是有害的 , 通常 会 缩短带 的 寿命。而且在一些严重的情形 下 ，他们甚至 能 造成带 的跑偏 、带和 托棍的磨损，因此，在输送机启动和制动时对输送带进行控制是十分必要的。 在这 篇文章 中，介绍 给大家的是一种能 减少这 种瞬间压力的反馈控制方法 。一个 非连续 的速度 信号传递给反馈系统，并 对比一下在正常情况下开环系统和闭环系统的各步反馈情况。在这里我们讨论的议题之一是系统的可控制性，当采用闭环系统时这是一个重要的因素。 1 介绍 带式输送机 技术
2、 一直 是 以远距离 运输大量 物 体 、 成本 低的方式运用的 。 在 现 如今 ，它被 广泛地应 用于许多领域 ，例如： 矿 山 运输煤 、 铁 、 石灰石 等等 。这 些 技术 在操作时遇到的困难是在输送带上产生的驻波， 尤其在 启动和制动时 。这些 驻波通常 引起带子 跑偏， 带子和 托棍磨损会影响带子的寿命，维护费用会在短期内剧增。 这项研究是为了使瞬间压力最小化并降低维护费用。 克服这些压力的一个 原始 的方法 是设计一个高度安全的输送带 (F.O.S)，这对执行预期的 F.O.S 标准很有意义。然而，这会导致系统成本的提高。现在，被广泛应 用的方法是通过控制带子的启动和制动来减少
3、带子加速和减速的变化比率。 这 常常被认为 是 安全 的 启动 或 制动 。一些方法已经被采用 并被研究 。这些 研究 主要地把重心集中在机械 和 电 学 的 带式运输机。现在，被应用 的 平稳启动法是打开所有的回路 。 在系统开始和结束的时 这些方法通常 是不管用的 。 它 们也是 要经过一段 时间 来选择适当的方法使其达到一个令人满意的工作情况 。 一些方法甚至可能不包括驾驶超载保护 ，这也提高了 超载费用。 在这篇文章 中， 介绍了在电动机上的电子反馈控制，这 是一个闭环 式 控制方法 。 一个相似的方法 早 已在 HARRISON1的 文章 中被 简短地 讨论 过了 , HARRISO
4、N1利 用 硅控整流器 控制直流 电动机。然而， 这 个 研究的落实方法 是 在 交流电动机 2上使用矢量控制 。直流 电动机 通常比 交流电动机 贵 ， 尤其当维护费用 也考虑时。所以，交流电动机被 普遍 用于工业的输送带上。 因此， 该 研究 在全文中 更适用。 研究 中 的 反馈 控制 系统通过 测量 输送带各段的速度来计算电动机所需的输出量，测量 的速度 经由 通信电缆 被传输到主 控制 站。 这些主 控制 站处理 从 控制器一起 获得 的数据。然后，这些处理过的 数据 被用 在 驱动装置 (可变 电压 、可变 频率 驱动装置 )上， 采用矢量空间的观念 控制 交流电动机 。使用 反馈
5、 控制方法的 好处 主要 在于人们最关 注 的是系统达到最好的工作状态，而不是我们通常使用的 开环系统 。通过让负载在反馈控制系统中被平分并减少压力 。 这个系统也可以通过限制最小输出量来避免超负载。反馈控制系统的应用很容易达到稳定的状态。利用电子学控制的优点是降低保护成本和易于远程控制。由于系统装置的需要，系统欠缺也会增加设备成本，如测量输送带速度传送器，传递信息和用于信息处理的微处理机的通信设备。由于维护费用低，你需要长期付维修费用。 控制 的第一步是 为 工厂创造 一个好 的 数学模型。 一些方法 在过去 已经被 学习。 大多数方法是离散模型而不是那些存在致命缺点的连续模型。这种连续模型
6、的结果是 通常被以部分微分方程式的形式表达的 ， 包含 着 非常复杂的关系 。 同时， 用于 部分的微分方程式的 输送 装置 的 带子短暂性 是 非常难 的。 因此，连续模型还没有 广泛地用在输送装置 带子 的分析上 。 一个不连续模型把连续的带子分 成 一个 有 有限数字 的片段 而且 假设 相同的片段里面的原动力基本相同，例如，在带子的一段里有相近的 持续 速度，伸度，压力等。 这 个假设引起在不连续模型间取离散值的误差，它 赖 于 被用的带子片段的数字和模型 的 量子化 。 用一个恰当的数学模型 , 一个合 理的控制策略能有利于得到有效的模拟结果。一个大的模拟误差总能导致错误的模拟输出和
7、不正确的使用控制参量。使用流变学的模型描述输送带的纵向动态属性，凯尔文固体模型是一个弹簧与平行的一个黏弹性元件，它是对大多数带式输送机分析简单和相对地准确。当一个分散模型代表一条连续的传送带时引用量子化误差。对于使用的模型 , 传送带的固有频率的相对误差与带被分段的数量成反比，依照由公式 1-1： 1rmr n （ 1-1） r 是连续的输送带固有频率 , m 是分散输送带固有频率，并且 n 是输送带段的数量。虽然使用大量输送带段数实现一个小量子化误差是可行的，但当这指数地增加和 n 增加时对模拟时间是不利的。位置速度被广泛应用于描述输送带的动力学方法上。但是这种方法导致一个系统线性时间变化。
8、例如，在时间 t 输送带 i 段起初应用电动机的力。但是 , 在时间 t+1, 电动机的力不再在 i 段起作用而 i+1 段起作用。所以 , 当带运行时检测段的位 置必与时间有关。位置速度方法表达将必根据时间变化。明显地这种方法导致一个更加复杂的模型。在这研究中采取应变速度法，它开发一个线性时间不变式的系统。输送带各段的应力和速度与地面保持同样。因此 , 这种方法避免时间变化的问题并建立一个简单模型。 传送带的一个离散模型，从带的 n 段表示力，公式 1-2 描述了速度改变率， 和 v 分别表示应力和速度， motorF 是应用于电动机的原动力。 1111111 s i nn n n n nN
9、 n n nn n nn n n n m o t o rn n nn n nK L K L bVVm m mb b d b FV V gm m m (1-2) 公式 1-3 应力变化率： 1nnnnVVL （ 1-3） 不同于剩余的段 , 代替重量的重力是一个另外模型。所以 , 它必须分开地被对待。在重力上速度和应力的变量依靠重量 , 如 k 段，能用公式 1-4 和 1-5 分别表示： 12T T Tt T T K KTTK L bV g V V VMM (1-4) 12 T K KTTV V VL (1-5) 上面所有等式可以用公式 1-6 表示： 11nncVV， motoruF ， W= sinng （ 1-6） 公式 1 6 的表示形式叫做张力速度模块，运用一个已知 W 和 u 数字方法解决张力速度模块，能获得每段带的张力和速度。 RUNGE-KUTTA 方法就是使用数字化的一个例子。人们目 标是为了发现输送带的各段 张力或应力。通常用 表示应力，公式 1-7 为一个固体模块表达式 3： 1E （ 1-7）
