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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
2、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
3、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, HARRISON1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
4、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
5、。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
6、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： （1-1）是连续的输送带固有频率, 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
7、动力学方法上。但是这种方法导致一个系统线性时间变化。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，是应用于电动机的原动力。 (1-2)公式1-3应力变化率： （1-3）不同于剩
8、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： (1-4) (1-5)上面所有等式可以用公式1-6表示： ，W= （1-6）公式16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： （1-7）E是模数，是黏度系数。公式1-7 表示减少张力和速度最大值, 应力也减小。基于这点，创造了一个多输入多输出(MIM
9、O) 系统。常用的控制MIMO系统的三个方法是杆连接式、线性二次调节器(LQR) 11 和H无限12 。杆连接式方法要求一个准确模块, 这样杆可根据所用的模块被安置在需要的地点。否则, 不正确安置杆将会导致能源浪费和控制错误。使用分散式张力速度模块是连续操作装置的略计, 因此，许多不确定性总存在。在一些情况下杆连接式方法不会是一种好控制方法。H无限方法是一种好控制方法, 但是对管理者来说会相对地复杂的并导致一个高动态指令。选择LOR 方法取决于处理模块的错误能力和在使用中它的适应能力强。但是, 选择适当的控制参量对LOR是困难的。因为不适当的参量容易地形成一个振动系统, 即过调节反应, 选择控
10、制参量必须相当谨慎。图1反馈控制系统的结构图。W表示带上装载物体的重量, e代表速度误差并且u是原动力。传送带通过张力速度模块描述它的动力性。一个PI 控制器参考速度被用于控制驱动。如先前提及的, 运用LQR 方法计算比例值。H 矩阵的目的将反馈状态数量从x 降低到x, x 代表各传送带段的张力和速度, x 只表示速度。这称递减状态反馈。整个反馈系统会将模块里的所有状态反馈给控制器。由于测量的张力困难, 仅用速度反馈。使用流速计容易得到速度。值得注意的是, 在这个反馈控制系统中速度是主要环节, 系统会给一个相应的递减状态反馈反应。图1：传送带系统反馈控制块图在设置控制器上必须被强调获取一定数量
11、的技术。控制器的主要目标是在系统上达到最宜控制, 产生快速度变化反应、低稳定状态和瞬间应变。用比例控制器提高系统的反应。但是, 需要高控制作用力产生高比例输出。另外, 由于使用控制方法, 递减状态反馈会导致高比例输出并产生过调节反应, 并且导致高瞬应变, 好的控制器将对系统给出的零稳定状态的误差做成反应。一个小的输出会降低系统响应, 需要长时间到达零的稳定状态误差。但是, 大的输出量能产生不稳定系统。所以, 选择适当的控制器输出量能得到一个性能好的系统。当驱动输出比例总相等时，可达到最小瞬变应变,。通过设置相同驱动输出, 可达到极小的稳定状态应变。这归结于在驱动装置之间均分了负载。并且, 限制
12、控制装置输出力以致从驱动装置它不需要不合情理地大功率, 而且在实践中能防止超载驱动。如果电源故障，所有电子控制器和电机将被关闭并导致输送带未管制停止。克服这个问题方法是使用某种蓄装置，譬如DC公共汽车整流器电容器，它能为控制器和电动机提供能量。不用太多能量就能完成带的停滞控制。这表明闭合回路控制能产生一个稳定性和性能好系统。大磁极有快速的反应即低过调节和短增时间。所以,，转移大杆只能浪费能量。然而，转移小杆能产生好的性能，从而元件的频率和的阻尼率增加。闭合回路系统产生一个平稳速度反应但是开环系统不稳定达到调整点时。结果也表示开环系统与闭合回路系统比较能获得更短调节时间、低输出。一个闭合回路系统
13、的短调节时间的方式为了增加比例量。高放大系统通过四次增加比例量，但不是整体的量。许多增量导致系统过调节或者甚至系统不稳定。系统主要目标是达到零的稳定状态误差。所以，一个好系统在瞬时状态期间不影响综合化，但仍然能达到零的稳定状态误差。小复杂杆开始控制造成一个振动反应。但是，期望快速的反应因为系统由高频率元件控制。这些是在杆的定位件和反应的之间关系11 。开环系统与闭合回路系统相比产生高瞬间应变。并且, 高输出闭合回路系统产生高瞬间应变。这是许多高速度变化率造成的。开环系统比闭合回路有更高的平稳性，在闭合回路系统中，两驱动装置之间均分载荷。在整体传送带过程中它产生极小的稳定状态应变区别。当应用反馈
14、控制时，在研究中一个重要问题是系统的可控性。一个无法控制的系统通过控制器也不能影响的其状态，换句话说，系统无法影响模块的所有杆。这导致系统不能充分地控制反应。未控制的大杆对系统无影响，因为他们不能由控制器移动。但是, 按LOR 方法要求将有一个完全地可控制的系统。完成第一情况的完全地可控制的系统至少有二驱动装置控制传送带。第二，把传送带以一个好的和简单的方式划分成有限段，但这也许会产生一个无法控制的系统。可调性由传送带驱动装置的位置确定。由于带的紧线的重量，会产生移动的波形。这导致一个无法控制的系统变得可控制。但是, 因为紧线器重量与传送带长度比较相对地小，波形不会转移。这产生一个微弱地可控制
15、的系统。所以，使用传送带段的质数可避免无法控制的问题，即达到一个完全地可控系统。从可控性模块数寻找可控性度的方法。在此文，介绍的反馈控制系统在传送带上使驻波减到最小。反馈控制系统比常用的开环控制系统有更好的性能。闭合回路系统能均分电机之间负载使应变减到最小，但是在开环系统中均分驱动装置之间的载荷是困难的。在电机之间一个轻微的差距会对负载产生不同的滑移和扭矩。闭合回路系统能容易地限制输出量避免超载驱动。这个反馈控制系统缺点是招致额外成本，它取决于需要的额外驱动装置。但是，衡量其价值和性能，发现该系统值得实施。控制策略是在提高系统的性能上进一步研究。Feedback control of convey systemsSummaryHigh transient stresses are induced when a conveyor belt changes its current status, especially during starting and stopping. These stresses are harmful to the system, which usually
