[发明专利]一种基于双闭环控制的采煤机电缆自动拖曳控制方法

权利要求书

1.一种基于双闭环控制的采煤机电缆自动拖曳控制方法，其特征在于：采煤机电缆自动拖曳控制系统由拖缆控制器（1）、变频器（2）、拖缆电机（3）、轴编码器（4）、同步传感器（5）、拖缆小车（6）、拖缆轨道（7）、刮板输送机（8）、采煤机（9）、集控中心（10）和拖缆链条（11）组成，拖缆控制器（1）根据采煤机（9）和拖缆小车（6）的运行数据，控制拖缆变频器（2）驱动拖缆电机（3）运行，拖缆电机（3）通过拖缆链条（11）牵引拖缆小车（6）沿刮板输送机（8）电缆槽上的拖缆轨道（7）行走，同时拖缆控制器（1）采集轴编码器（4）和同步传感器（5）数据对拖缆小车位置进行计算，拖缆控制器是（1）实时将拖缆运行数据上传至集控中心（10）进行集中显示。

2.根据权利要求1所述一种基于双闭环控制的采煤机电缆自动拖曳控制方法，其特征在于：控制系统通过基于转矩环和位置环的双闭环控制实现对拖缆轮的运行控制；所述的转矩环为内环，位置环为外环；转矩环以变频器的输出转矩为反馈信号；位置环以通过轴编码器计算的拖缆轮的实际位置为反馈信号；

一、位置环是以采煤机行走距离始终保持拖缆轮运行长度2倍为理论基础;通常拖缆小车（6）运行的轨迹是在刮板输送机靠近机尾侧的电缆槽轨道上运行，小车的位置由安装在拖缆电机（3）上的轴编码器（4）确定，采煤机的位置由采煤机行走编码器来采集，运行时通过PID控制，使拖缆小车运行距离为采煤机运行距离的1/2；拖缆小车的实际位置是拖缆小车运行的数据基础，通过采集拖缆轴编码器数据计算而得，并由安装在固定位置的同步传感器进行位置校正，拖缆位置的计算为：

式中P为拖缆小车当前位置，P₀为拖缆小车初始位置，N为拖缆轴编码器检测电机运行的圈数，i为拖缆减速器的减速比，Z为拖缆链轮的齿数，p为拖缆链条节距；

在拖缆轨道（7）固定位置安装同步传感器（5），对拖缆小车的实际位置进行校正，即当小车通过同步传感器所在位置时，将拖缆小车位置重置为同步传感器所在位置的设定值，传感器的数量和布置位置与工作面长度和采煤工艺相关，一般在拖缆轨道的头尾部各布置一个，在刮板输送机头尾斜切进刀换向处各布置一个，中部按相隔50-70米布置；

为建立拖缆小车位置与采煤机位置的线性关系，同时把采煤机和拖缆小车的位置建立在固定的坐标系下，即采煤机和拖缆小车运行到刮板输送机上的同一位置时的实际位置为相同数值；拖缆控制器实时采集煤机数据，根据煤机提供的位置信息，计算出拖缆小车的期望位置，并控制拖缆小车的加速或减速运行速度，通过PID调节控制拖缆小车的实际位置；

二、当拖缆小车（6）不挂缆运行时，变频器的输出转矩为克服系统内各部分摩擦，在不存在特殊刮卡时，该输出转矩近似为恒定值，这里将该转矩视为系统的空载输出转矩T0；

拖缆时，采煤机电缆拖拽的动力由拖缆轮提供，所以变频器的输出转矩与拖缆轮位置S_t有关，当拖缆轮在中部时，变频器的输出转矩为最大；当拖缆轮在机尾时，变频器的输出转矩为最小，所以拖缆运行过程中拖缆变频器的输出转矩T为空载转矩T₀与拖缆转矩T_t的和：

式中T_t为拖缆电机输出转矩，T₀为空载转矩，S为当前拖缆小车距运行机头测最远点长度，S_t为拖缆小车总运行长度，T_t-max为拖缆最大转矩；

以上为拖缆小车运行在不同状态、不同位置时拖缆电机应当输出的理论转矩值，在实际运行时从拖缆变频器采集的转矩值与理论转矩值比较，通过PID控制拖缆电机的输出转速；

放缆时，采煤机电缆拖拽的动力由采煤机提供，为了保证采煤机电缆不因拖拽小车而受力，拖缆小车（6）运行的动力仍由拖缆电机提供，所以放缆过程变频器输出转矩T为空载转矩T₀。