【摘要】基于傳統(tǒng)的礦井仿真系統(tǒng)難以控制罐籠有效準(zhǔn)確到達(dá)預(yù)定位置的難題，本文在分析傳統(tǒng)繼電器——接觸器控制系統(tǒng)的弊端的基礎(chǔ)上，運(yùn)用滑模變結(jié)構(gòu)控制理論與PLC相結(jié)合的思路提出了一種新的控制算法，通過(guò)約束條件，使控制軌跡在滑模面兩側(cè)穿越并收斂，并對(duì)算法進(jìn)行了最優(yōu)化模擬仿真，借助一個(gè)典型離散二階系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果驗(yàn)證了新算法在一定的約束條件下具有特定的實(shí)際意義，且新系統(tǒng)具有較好的魯棒性和穩(wěn)定性，為礦用提升系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)提供了一個(gè)新方向。

【關(guān)鍵詞】礦井提升仿真系統(tǒng) 滑模變結(jié)構(gòu) PLC 魯棒性

【中圖分類(lèi)號(hào)】G42 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）19-0222-02

1.滑模變結(jié)構(gòu)與PLC的結(jié)合

鑒于PLC控制技術(shù)的諸多局限性，本文引入一種先進(jìn)的控制方法，即滑模變結(jié)構(gòu)控制方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)離散系統(tǒng)，對(duì)控制輸入和干擾不敏感，從而使控制系統(tǒng)不受任何干擾和擾動(dòng)，表現(xiàn)出良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和魯棒性。PLC系統(tǒng)是離散系統(tǒng)，也是閉環(huán)系統(tǒng)，控制過(guò)程中干擾較多，影響到控制效果?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)與PLC的結(jié)合能有效的解決控制過(guò)程中的問(wèn)題，針對(duì)具體的回路實(shí)現(xiàn)區(qū)域性的智能控制，進(jìn)一步提高PLC的使用效率，提高我國(guó)煤企提升系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

由于礦用提升系統(tǒng)比較復(fù)雜，所以建立精確的數(shù)學(xué)模型難度較大，所以變結(jié)構(gòu)應(yīng)用于礦用提升仿真系統(tǒng)，只能局限于具體的回路中，即以PLC的輸入作為建模的條件，通過(guò)對(duì)輸入進(jìn)行控制，從而達(dá)到對(duì)輸出的控制，經(jīng)變頻器輸出后，到達(dá)交流電動(dòng)機(jī)端實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩的控制，實(shí)現(xiàn)罐籠上升下降的精確性和穩(wěn)定性。近幾年來(lái)，罐籠的安全出現(xiàn)了很多問(wèn)題，具體體現(xiàn)罐籠脫軌傷人、鋼絲繩斷裂導(dǎo)致的墜落事故等，變結(jié)構(gòu)和PLC的結(jié)合，從根本上解決了PLC對(duì)罐籠的精確控制，避免了安全事故的發(fā)生。

即在傳統(tǒng)的PLC+變頻器控制的基礎(chǔ)上，引入變結(jié)構(gòu)控制器，形成PLC控制系統(tǒng)+變結(jié)構(gòu)控制器+變頻器模式，實(shí)現(xiàn)了PLC系統(tǒng)的輸出必須經(jīng)過(guò)設(shè)定的變結(jié)構(gòu)控制器，通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器過(guò)濾式的控制。具體體現(xiàn)在當(dāng)罐籠在上升或下降的過(guò)程中出現(xiàn)罐籠脫軌或罐籠卡滯等問(wèn)題，對(duì)于鋼絲繩的拉力增加，反饋給變頻器的信號(hào)增強(qiáng)，流過(guò)變結(jié)構(gòu)控制器的電流就會(huì)增大，滑模面就會(huì)發(fā)生變化，從而自動(dòng)切斷電流，對(duì)罐籠中的人或物實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)。

2.滑模軌跡插值法分析

插值法是工業(yè)控制中常見(jiàn)的控制算法，主要針對(duì)于離散系統(tǒng)?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制就是典型的離散系統(tǒng)，且系統(tǒng)的模型不確定，隨著時(shí)間的變化而發(fā)生全局或部分變化，所以利用插值法既能描述系統(tǒng)的特征，又能利用數(shù)學(xué)的方法去近似描述系統(tǒng)。

插值法描述如下：函數(shù)f（x）在某一特定的區(qū)間內(nèi)取若干個(gè)值，利用這些值設(shè)定出具體的函數(shù)，利用這個(gè)函數(shù)把未知區(qū)間的值近似表示出來(lái)。利用插值法的思路：在滑模軌跡的某一段上取幾個(gè)特定的易取的值模擬出具體函數(shù)，利用函數(shù)取近似值，逼近實(shí)際軌跡，減小誤差，最終達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)。

插值后的控制律為：

控制律是結(jié)合了輸入和趨近律的基礎(chǔ)上推導(dǎo)而來(lái)，其中除輸入外參數(shù)都為常數(shù)，選擇的參數(shù)參考礦用提升仿真系統(tǒng)的實(shí)際和趨近律的范圍，通過(guò)反復(fù)的代入仿真后，得出了圖像，也許圖像還不是最優(yōu)的，但是符合實(shí)際。

仿真圖像可以看出PLC+變頻器的控制曲線(xiàn)和PLC+變結(jié)構(gòu)控制器+變頻器的控制曲線(xiàn)有比較明顯的區(qū)別，可以看出后者的控制曲線(xiàn)和原控制曲線(xiàn)匹配效果較好，所以變結(jié)構(gòu)與PLC控制技術(shù)的結(jié)合是比較成功的，至少在理論上是成立的。變頻器的控制曲線(xiàn)也是按周期性進(jìn)行變化的，且控制曲線(xiàn)光滑，抖振較小。

3.結(jié)束語(yǔ)

面向礦用提升仿真教學(xué)系統(tǒng)的安全問(wèn)題屬于煤礦安全生產(chǎn)的重中之重，對(duì)其的分析和研究具有廣泛的理論價(jià)值和實(shí)際意義。本文針對(duì)取代傳統(tǒng)繼電器——交流接觸器控制的PLC控制技術(shù)展開(kāi)，預(yù)測(cè)出礦用提升系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，即PLC參與整個(gè)控制過(guò)程或參與其中的部分控制，對(duì)于精度要求較高或復(fù)雜的提升系統(tǒng)，PLC有其局限性，針對(duì)以上問(wèn)題，提出了滑模變結(jié)構(gòu)與PLC相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)罐籠終端的預(yù)防和控制，根據(jù)理論推導(dǎo)和圖像仿真，基本符合理論要求，通過(guò)仿真系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明，控制曲線(xiàn)光滑，跟蹤曲線(xiàn)在中后段完全和原控制系統(tǒng)的曲線(xiàn)吻合，表現(xiàn)出較好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和魯棒性?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)和PLC的結(jié)合比較適合預(yù)防和彌補(bǔ)礦用提升系統(tǒng)的相關(guān)電氣問(wèn)題，上述理論推導(dǎo)和驗(yàn)證是基于我校自主研發(fā)的礦用提升仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)上完成，在實(shí)際應(yīng)用中具有實(shí)際意義。

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